stringtranslate.com

Цемент

Цементный порошок в мешке, готовый к смешиванию с заполнителями и водой. [1]
Примеры строительства из цементных блоков от компании Multiplex Manufacturing Company из Толедо, штат Огайо, в 1905 году.

Цемент — это связующее вещество , химическое вещество , используемое в строительстве, которое схватывается , затвердевает и прилипает к другим материалам , связывая их вместе. Цемент редко используется сам по себе, а скорее для связывания песка и гравия ( заполнителя ). Цемент, смешанный с мелким заполнителем, производит раствор для кладки, или с песком и гравием производит бетон . Бетон является наиболее широко используемым материалом из существующих и уступает только воде как наиболее потребляемому ресурсу на планете. [2]

Цементы, используемые в строительстве, обычно являются неорганическими , часто на основе извести или силиката кальция , и бывают либо гидравлическими , либо, реже, негидравлическими , в зависимости от способности цемента схватываться в присутствии воды (см. гидравлическая и негидравлическая известковая штукатурка ).

Гидравлические цементы (например, портландцемент ) схватываются и становятся адгезивными в результате химической реакции между сухими ингредиентами и водой. Химическая реакция приводит к образованию минеральных гидратов , которые не очень хорошо растворяются в воде. Это позволяет схватываться во влажных условиях или под водой и дополнительно защищает затвердевший материал от химического воздействия. Химический процесс получения гидравлического цемента был найден древними римлянами, которые использовали вулканический пепел ( пуццолан ) с добавлением извести (оксида кальция).

Негидравлический цемент (менее распространен) не схватывается во влажных условиях или под водой. Вместо этого он схватывается при высыхании и реагирует с углекислым газом в воздухе. Он устойчив к воздействию химикатов после схватывания.

Слово «цемент» можно проследить до древнеримского термина opus caementicium , который использовался для описания кладки, напоминающей современный бетон, который изготавливался из дробленого камня с использованием негашеной извести в качестве связующего вещества. Вулканический пепел и пылевидные кирпичные добавки, которые добавлялись к негашеной извести для получения гидравлического связующего вещества, позже стали называться cementum , cimentum , cäment и cement . В наше время в качестве цементов в бетоне иногда используются органические полимеры.

Мировое производство цемента составляет около 4,4 млрд тонн в год (оценка 2021 г.), [3] [4] из которых около половины производится в Китае, за которым следуют Индия и Вьетнам. [3] [5]

Процесс производства цемента ответственен за почти 8% (2018) мировых выбросов CO 2 , [4] что включает нагревание сырья в цементной печи путем сжигания топлива и высвобождение CO 2 , хранящегося в карбонате кальция (процесс кальцинирования). Его гидратированные продукты, такие как бетон, постепенно поглощают атмосферный CO 2 (процесс карбонизации), компенсируя примерно 30% первоначальных выбросов CO 2. [6]

Химия

Цементные материалы можно разделить на две отдельные категории: гидравлические цементы и негидравлические цементы в соответствии с их механизмами схватывания и затвердевания. Схватывание и затвердевание гидравлического цемента включает реакции гидратации и, следовательно, требует воды, в то время как негидравлические цементы реагируют только с газом и могут напрямую схватываться на воздухе.

Гидравлический цемент

Клинкерные гранулы, полученные путем спекания при температуре 1450 °C

Наиболее распространенным типом цемента является гидравлический цемент , который затвердевает за счет гидратации клинкерных минералов при добавлении воды. Гидравлические цементы (например, портландцемент) изготавливаются из смеси силикатов и оксидов, причем четыре основные минеральные фазы клинкера, сокращенно обозначаемые в нотации химика-цементов , следующие :

C 3 S: алит (3CaO·SiO 2 );
C2S : белит (2CaO· SiO2 ) ;
C 3 A: трикальциевый алюминат (3CaO·Al 2 O 3 ) (исторически и до сих пор иногда называемый целитом );
C 4 AF: браунмиллерит (4CaO·Al 2 O 3 ·Fe 2 O 3 ).

Силикаты отвечают за механические свойства цемента — трикальцийалюминат и браунмиллерит необходимы для образования жидкой фазы в процессе спекания ( обжига ) клинкера при высокой температуре в печи . Химия этих реакций не совсем ясна и все еще является объектом исследования. [7]

Сначала известняк (карбонат кальция) сжигается для удаления углерода, производя известь (оксид кальция) в так называемой реакции кальцинирования . Эта единственная химическая реакция является основным источником выбросов углекислого газа в мире . [8]

Известь реагирует с диоксидом кремния, образуя дикальцийсиликат и трикальцийсиликат.

Известь также реагирует с оксидом алюминия, образуя трикальцийалюминат.

На последнем этапе оксид кальция, оксид алюминия и оксид железа реагируют друг с другом, образуя браунмиллерит.

Негидравлический цемент

Оксид кальция , получаемый термическим разложением карбоната кальция при высокой температуре (выше 825 °C).

Менее распространенной формой цемента является негидравлический цемент , такой как гашеная известь ( оксид кальция, смешанный с водой), которая затвердевает путем карбонизации при контакте с углекислым газом , присутствующим в воздухе (~ 412 об. частей на миллион ≃ 0,04 об. %). Сначала оксид кальция (известь) получают из карбоната кальция ( известняка или мела ) путем прокаливания при температуре выше 825 °C (1517 °F) в течение примерно 10 часов при атмосферном давлении :

Затем оксид кальция расходуется (гасится) путем смешивания его с водой для получения гашеной извести ( гидроксида кальция ):

После того, как лишняя вода полностью испарится (этот процесс технически называется застыванием ), начинается карбонизация:

Эта реакция медленная, так как парциальное давление углекислого газа в воздухе низкое (~ 0,4 миллибар). Реакция карбонизации требует, чтобы сухой цемент подвергался воздействию воздуха, поэтому гашеная известь является негидравлическим цементом и не может использоваться под водой. Этот процесс называется известковым циклом .

История

Возможно, самое раннее известное появление цемента датируется двенадцатью миллионами лет назад. Месторождение цемента образовалось после появления сланца, расположенного рядом с пластом известняка, выжженного естественным путем. Эти древние отложения были исследованы в 1960-х и 1970-х годах. [9]

Альтернативы цементу, использовавшиеся в древности

Цемент, с химической точки зрения, представляет собой продукт, включающий известь в качестве основного связующего ингредиента, но это далеко не первый материал, используемый для цементирования. Вавилоняне и ассирийцы использовали битум (асфальт или смолу ) для связывания обожженного кирпича или алебастровых плит. В Древнем Египте каменные блоки скреплялись раствором из песка и грубо обожженного гипса (CaSO4 · 2H2O ) , который является алебастром , который часто содержал карбонат кальция (CaCO3 ) , [10]

Древняя Греция и Рим

Известь (оксид кальция) использовалась на Крите и древними греками . Есть свидетельства того, что минойцы Крита использовали измельченные черепки в качестве искусственного пуццолана для гидравлического цемента. [10] Никто не знает, кто первым обнаружил, что сочетание гидратированной негидравлической извести и пуццолана дает гидравлическую смесь (см. также: Пуццолановая реакция ), но такой бетон использовался греками, в частности древними македонцами , [11] [12] и три столетия спустя в больших масштабах римскими инженерами . [13] [14] [15]

Есть... своего рода порошок, который по естественным причинам производит удивительные результаты. Он найден в окрестностях Байи и в стране, принадлежащей городам вокруг горы Везувий . Это вещество, смешанное с известью и щебнем, не только придает прочность зданиям других видов, но даже когда опоры из него возводятся в море, они затвердевают под водой.

-  Марк Витрувий Поллион , Liber II, De Architectura , Глава VI «Пуццолана», Sec. 1

Греки использовали вулканический туф с острова Фера в качестве пуццолана, а римляне использовали измельченный вулканический пепел (активированные алюмосиликаты ) с известью. Эта смесь могла застывать под водой, увеличивая свою устойчивость к коррозии, такой как ржавчина. [16] Материал назывался пуццоланой по названию города Поццуоли , к западу от Неаполя , где добывался вулканический пепел. [17] При отсутствии пуццоланового пепла римляне использовали в качестве заменителя измельченный кирпич или керамику, и они, возможно, использовали для этой цели измельченную плитку, прежде чем обнаружили природные источники недалеко от Рима. [10] Огромный купол Пантеона в Риме и массивные термы Каракаллы являются примерами древних сооружений, изготовленных из этих бетонов, многие из которых сохранились до сих пор. [18] [2] Обширная система римских акведуков также широко использовала гидравлический цемент. [19] Римский бетон редко использовался снаружи зданий. Обычная технология заключалась в использовании облицовочного кирпича в качестве опалубки для заполнения раствором, смешанным с заполнителем из кусков камня, кирпича, черепков , переработанных кусков бетона или другого строительного мусора. [20]

Мезоамерика

Легкий бетон был разработан и использовался для строительства структурных элементов доколумбовыми строителями , которые жили в очень развитой цивилизации в Эль-Тахине недалеко от Мехико, в Мексике. Детальное исследование состава заполнителя и связующего вещества показывает, что заполнителем была пемза, а связующим веществом был пуццолановый цемент, изготовленный из вулканического пепла и извести. [21]

Средний возраст

Неизвестно, сохранились ли какие-либо сведения об этом в литературе со времен Средневековья , но средневековые каменщики и некоторые военные инженеры активно использовали гидравлический цемент в таких сооружениях, как каналы , крепости, гавани и судостроительные сооружения . [22] [23] Смесь известкового раствора и заполнителя с кирпичом или каменным облицовочным материалом использовалась в Восточной Римской империи , а также на Западе в готический период . Немецкая Рейнская область продолжала использовать гидравлический раствор на протяжении всего Средневековья, имея местные месторождения пуццолана, называемые трассами . [20]

16 век

Табби — строительный материал, изготавливаемый из устричного извести, песка и целых устричных раковин для получения бетона. Испанцы завезли его в Америку в шестнадцатом веке. [24]

18 век

Технические знания по изготовлению гидравлического цемента были формализованы французскими и британскими инженерами в 18 веке. [22]

Джон Смитон внес важный вклад в развитие цементов, планируя строительство третьего маяка Эддистоун (1755–59) в проливе Ла-Манш, ныне известного как Башня Смитона . Ему нужен был гидравлический раствор, который схватывался бы и набирал некоторую прочность в течение двенадцатичасового периода между последовательными приливами . Он проводил эксперименты с комбинациями различных известняков и добавок, включая трасс и пуццоланы [10] , и провел исчерпывающее исследование рынка доступных гидравлических извести, посетив места их производства, и отметил, что «гидравличность» извести напрямую связана с содержанием глины в известняке, используемом для ее изготовления. Смитон был инженером-строителем по профессии и не развил эту идею дальше.

На южноатлантическом побережье США полосатая шерсть , которая использовалась в качестве навозной каши из устричных раковин более ранних популяций коренных американцев, использовалась при строительстве домов с 1730-х по 1860-е годы. [24]

В Британии, в частности, качественный строительный камень становился все более дорогим в период быстрого роста, и стало обычной практикой возводить престижные здания из новых промышленных кирпичей и отделывать их штукатуркой, имитирующей камень. Для этого предпочитали гидравлическую известь, но потребность в быстром времени схватывания стимулировала разработку новых цементов. Самым известным был « римский цемент » Паркера. [25] Он был разработан Джеймсом Паркером в 1780-х годах и окончательно запатентован в 1796 году. По сути, это был совсем не материал, который использовали римляне, а «природный цемент», изготовленный путем сжигания септарии — узелков , которые встречаются в определенных глинистых отложениях и содержат как глинистые минералы, так и карбонат кальция . Обожженные узелки измельчались до мелкого порошка. Этот продукт, превращенный в раствор с песком, схватывался в течение 5–15 минут. Успех «римского цемента» побудил других производителей разработать конкурирующие продукты путем сжигания искусственных гидравлических известковых цементов из глины и мела . Римский цемент быстро стал популярным, но в 1850-х годах был в значительной степени заменен портландцементом . [10]

19 век

По-видимому, не зная о работе Смитона , тот же принцип был выявлен французом Луи Вика в первом десятилетии девятнадцатого века. Вика продолжил разрабатывать метод соединения мела и глины в однородную смесь и, сжигая ее, получил «искусственный цемент» в 1817 году [26], считающийся «главным предшественником» [10] портландцемента, а «...Эдгар Доббс из Саутварка запатентовал цемент такого рода в 1811 году». [10]

В России Егор Челиев создал новое вяжущее вещество, смешав известь и глину. Его результаты были опубликованы в 1822 году в его книге «Трактат об искусстве приготовлять хороший раствор», изданной в Санкт-Петербурге . Несколько лет спустя, в 1825 году, он опубликовал еще одну книгу, в которой описал различные методы изготовления цемента и бетона, а также преимущества цемента при строительстве зданий и набережных. [27] [28]

Уильям Аспдин считается изобретателем «современного» портландцемента . [29]

Портландцемент , наиболее распространенный тип цемента, используемый в общем использовании во всем мире в качестве основного ингредиента бетона, раствора , штукатурки и неспециализированного раствора , был разработан в Англии в середине 19 века и обычно происходит из известняка . Джеймс Фрост производил то, что он называл «британским цементом», похожим образом примерно в то же время, но не получал патент до 1822 года. [30] В 1824 году Джозеф Аспдин запатентовал похожий материал, который он назвал портландцементом , потому что штукатурка, сделанная из него, была по цвету похожа на престижный портландский камень, добываемый на острове Портленд , Дорсет, Англия. Однако цемент Аспдинса не был похож на современный портландцемент, но был первым шагом в его развитии, названным протопортландцементом . [10] Сын Джозефа Аспдинса Уильям Аспдин покинул компанию своего отца и в 1840-х годах на своем цементном производстве, по-видимому, случайно произвел силикаты кальция , что стало средним этапом в развитии портландцемента. Инновация Уильяма Аспдина была нелогичной для производителей «искусственных цементов», поскольку они требовали больше извести в смеси (проблема для его отца), гораздо более высокую температуру печи (и, следовательно, больше топлива), а полученный клинкер был очень твердым и быстро изнашивал жернова , которые были единственной доступной технологией измельчения в то время. Производственные затраты, таким образом, были значительно выше, но продукт схватывался достаточно медленно и быстро набирал прочность, тем самым открывая рынок для использования в бетоне. Использование бетона в строительстве быстро росло с 1850 года и вскоре стало доминирующим применением цементов. Таким образом, портландцемент начал свою доминирующую роль. Айзек Чарльз Джонсон еще больше усовершенствовал производство мезопортландцемента (средняя стадия развития) и утверждал, что он был настоящим отцом портландцемента. [31]

Время схватывания и «ранняя прочность» являются важными характеристиками цементов. Гидравлическая известь, «природный» цемент и «искусственный» цемент — все они полагаются на содержание белита (2 CaO · SiO 2 , сокращенно C 2 S) для нарастания прочности . Белит набирает прочность медленно. Поскольку они обжигались при температурах ниже 1250 °C (2280 °F), они не содержали алита (3 CaO · SiO 2 , сокращенно C 3 S), который отвечает за раннюю прочность современных цементов. Первый цемент, который постоянно содержал алит, был изготовлен Уильямом Аспдином в начале 1840-х годов: это было то, что мы сегодня называем «современным» портландцементом. Из-за атмосферы таинственности, которой Уильям Аспдин окружил свой продукт, другие ( например, Викат и Джонсон) заявили о приоритете в этом изобретении, но недавний анализ [32] как его бетона, так и сырого цемента показал, что продукт Уильяма Аспдина, произведенный в Нортфлите , Кент, был настоящим цементом на основе алита. Однако методы Аспдина были «правилами большого пальца»: Викат отвечает за установление химической основы этих цементов, а Джонсон установил важность спекания смеси в печи .

В США первым крупномасштабным применением цемента был цемент Розендейл , природный цемент, добываемый из огромного месторождения доломита, открытого в начале 19 века недалеко от Розендейла, штат Нью-Йорк . Цемент Розендейл был чрезвычайно популярен для фундамента зданий ( например , Статуя Свободы , Здание Капитолия , Бруклинский мост ) и облицовки водопроводных труб. [33] Цемент Сорель , или цемент на основе магнезии, был запатентован в 1867 году французом Станисласом Сорелем . [34] Он был прочнее портландцемента, но его плохая водостойкость (выщелачивание) и коррозионные свойства ( точечная коррозия из-за присутствия выщелачиваемых хлоридных анионов и низкого pH (8,5–9,5) его поровой воды) ограничивали его использование в качестве армированного бетона для строительства зданий. [35]

Следующим шагом в производстве портландцемента стало внедрение вращающейся печи . Она производила клинкерную смесь, которая была и прочнее, потому что больше алита (C3S ) образовывалось при более высокой температуре, которой она достигала (1450 °C), и более однородной. Поскольку сырье постоянно подавалось во вращающуюся печь, это позволило заменить менее производительные процессы периодического производства непрерывным процессом производства . [10]

20 век

Новый завод Национальной цементной акционерной компании Эфиопии в Дыре-Дауа

Цементы на основе алюмината кальция были запатентованы в 1908 году во Франции Жюлем Биедом для лучшей устойчивости к сульфатам. [36] Также в 1908 году Томас Эдисон экспериментировал с готовым бетоном в домах в Юнионе, штат Нью-Джерси [37]

В США после Первой мировой войны длительное время затвердевания, по крайней мере месяц, для цемента Rosendale сделало его непопулярным для строительства автомагистралей и мостов, и многие штаты и строительные фирмы обратились к портландцементу. Из-за перехода на портландцемент к концу 1920-х годов выжила только одна из 15 цементных компаний Rosendale. Но в начале 1930-х годов строители обнаружили, что, хотя портландцемент схватывается быстрее, он не такой прочный, особенно для автомагистралей — до такой степени, что некоторые штаты прекратили строительство автомагистралей и дорог с использованием цемента. Бертрен Х. Уэйт, инженер, чья компания помогала строить акведук Катскилл в Нью-Йорке , был впечатлен прочностью цемента Rosendale и придумал смесь цемента Rosendale и портландцемента, которая обладала хорошими характеристиками обоих. Он был очень прочным и имел гораздо более быстрое время схватывания. Уэйт убедил комиссара автомагистралей Нью-Йорка построить экспериментальный участок шоссе около Нью-Палтца, штат Нью-Йорк , используя один мешок Rosendale на шесть мешков портландцемента. Это был успех, и в течение десятилетий смесь Rosendale-Portland цемента использовалась при строительстве бетонных шоссе и бетонных мостов. [33]

Цементные материалы использовались в качестве матрицы для иммобилизации ядерных отходов более полувека. [38] Технологии цементации отходов были разработаны и внедрены в промышленных масштабах во многих странах. Цементные формы отходов требуют тщательного отбора и процесса проектирования, адаптированного к каждому конкретному типу отходов, чтобы соответствовать строгим критериям приемлемости отходов для долгосрочного хранения и утилизации. [39]

Типы

Современное развитие гидравлического цемента началось с началом промышленной революции (около 1800 г.) и было обусловлено тремя основными потребностями:

Современные цементы часто представляют собой портландцемент или смеси портландцемента, но в некоторых промышленных условиях используются и другие смеси цемента.

портландцемент

Портландцемент, разновидность гидравлического цемента, на сегодняшний день является наиболее распространенным типом цемента общего назначения во всем мире. Этот цемент производится путем нагревания известняка (карбоната кальция) с другими материалами (такими как глина ) до 1450 °C (2640 °F) в печи , в процессе, известном как прокаливание , при котором из карбоната кальция высвобождается молекула диоксида углерода с образованием оксида кальция или негашеной извести, которая затем химически соединяется с другими материалами в смеси с образованием силикатов кальция и других цементных соединений. Полученное твердое вещество, называемое «клинкером», затем измельчается с небольшим количеством гипса ( CaSO4 · 2H2O ) в порошок для изготовления обычного портландцемента , наиболее часто используемого типа цемента (часто называемого OPC). Портландцемент является основным ингредиентом бетона , раствора и большинства неспециализированных затирок . Наиболее распространенным применением портландцемента является изготовление бетона. Портландцемент может быть серым или белым .

Смесь портландцемента

Смеси портландцемента часто поставляются производителями цемента в виде смесей для измельчения, но аналогичные составы часто также смешиваются из измельченных компонентов на бетоносмесительном заводе.

Портландцемент на основе доменного шлака или шлакопортландцемент (номенклатура ASTM C595 и EN 197-1 соответственно) содержит до 95% измельченного гранулированного доменного шлака , остальное — портландцементный клинкер и немного гипса. Все составы обеспечивают высокую предельную прочность, но по мере увеличения содержания шлака снижается начальная прочность, повышается сульфатостойкость и уменьшается тепловыделение. Используется как экономичная альтернатива сульфатостойким и низкотемпературным портландцементам.

Цемент на основе портланд-золы содержит до 40% летучей золы по стандартам ASTM (ASTM C595) или 35% по стандартам EN (EN 197–1). Летучая зола является пуццолановой , поэтому сохраняется конечная прочность. Поскольку добавление летучей золы позволяет снизить содержание воды в бетоне, ранняя прочность также может поддерживаться. Там, где доступна качественная дешевая летучая зола, она может быть экономичной альтернативой обычному портландцементу. [43]

Портланд-пуццолановый цемент включает в себя цемент с летучей золой, поскольку летучая зола является пуццоланом , но также включает в себя цементы, изготовленные из других природных или искусственных пуццоланов. В странах, где доступен вулканический пепел (например, Италия, Чили, Мексика, Филиппины), эти цементы часто являются наиболее распространенной формой использования. Максимальные коэффициенты замены обычно определяются как для портланд-цемент с летучей золой.

Портландцемент с микрокремнеземом . Добавление микрокремнезема может дать исключительно высокую прочность, и иногда производятся цементы, содержащие 5–20% микрокремнезема, причем 10% является максимально допустимой добавкой в ​​соответствии с EN 197–1. Однако микрокремнезем чаще добавляют в портландцемент в бетономешалке. [44]

Цементы для кладки используются для приготовления растворов для кладки кирпича и штукатурки и не должны использоваться в бетоне. Обычно это сложные фирменные формулы, содержащие портландцементный клинкер и ряд других ингредиентов, которые могут включать известняк, гашеную известь, воздухововлекающие добавки, замедлители, водонепроницаемые добавки и красители. Они разработаны для получения пригодных для работы растворов, которые позволяют быстро и последовательно выполнять кладку. Тонкие вариации цемента для кладки в Северной Америке — это пластичные цементы и штукатурные цементы. Они предназначены для создания контролируемой связи с блоками кладки.

Расширяющиеся цементы содержат, помимо портландского клинкера, расширяющиеся клинкеры (обычно сульфоалюминатные клинкеры) и предназначены для компенсации эффектов усадки при высыхании, обычно встречающихся в гидравлических цементах. Этот цемент может использоваться для изготовления бетона для плит перекрытий (площадью до 60 м2) без усадочных швов.

Белые смешанные цементы могут быть изготовлены с использованием белого клинкера (содержащего мало или совсем не содержащего железа) и белых дополнительных материалов, таких как метакаолин высокой чистоты . Цветные цементы служат декоративным целям. Некоторые стандарты допускают добавление пигментов для получения цветного портландцемента. Другие стандарты (например, ASTM) не допускают использование пигментов в портландцементе, и цветные цементы продаются как смешанные гидравлические цементы.

Очень тонкомолотые цементы — это цемент, смешанный с песком или со шлаком или другими минералами типа пуццолана, которые очень тонкомолотые вместе. Такие цементы могут иметь те же физические характеристики, что и обычный цемент, но с 50% меньшим количеством цемента, в частности, потому что есть большая площадь поверхности для химической реакции. Даже при интенсивном помоле они могут использовать до 50% меньше энергии (и, следовательно, меньше выбросов углерода) для изготовления, чем обычные портландцементы. [45]

Другой

Пуццоланово-известковые цементы представляют собой смеси молотого пуццолана и извести . Это цементы, которые использовали римляне, и которые присутствуют в сохранившихся римских сооружениях, таких как Пантеон в Риме. Они набирают прочность медленно, но их конечная прочность может быть очень высокой. Продукты гидратации, которые обеспечивают прочность, по сути, такие же, как и в портландцементе.

Шлакоизвестковые цементы — измельченный гранулированный доменный шлак — сами по себе не являются гидравлическими, а «активируются» добавлением щелочей, наиболее экономично используя известь. По своим свойствам они похожи на пуццолановые известковые цементы. Только гранулированный шлак (т. е. закаленный водой, стекловидный шлак) эффективен в качестве компонента цемента.

Суперсульфатированные цементы содержат около 80% измельченного гранулированного доменного шлака, 15% гипса или ангидрида и немного портландского клинкера или извести в качестве активатора. Они производят прочность путем образования эттрингита , с ростом прочности, аналогичным медленному портландскому цементу. Они демонстрируют хорошую устойчивость к агрессивным агентам, включая сульфат.

Цементы на основе алюмината кальция — это гидравлические цементы , изготавливаемые в основном из известняка и боксита . Активными ингредиентами являются монокальцийалюминат CaAl2O4(CaO·Al2O3или CA в обозначении химика цемента, CCN) и майенит Ca12Al14O33 (12CaO·7Al2O3 или C12A7 в CCN ) .Прочность образуется при гидратациидогидратов алюмината кальция . Они хорошо подходят для использования в огнеупорных (высокотемпературных) бетонах, например, для футеровки печей .

Цементы на основе сульфоалюмината кальция производятся из клинкеров, в состав которых входит йе'элимит (Ca 4 (AlO 2 ) 6 SO 4 или C 4 A 3 S в обозначении химика-цементиста ) в качестве первичной фазы. Они используются в расширяющихся цементах, в цементах с ультравысокой ранней прочностью и в «низкоэнергетических» цементах. Гидратация производит эттрингит, а специальные физические свойства (такие как расширение или быстрая реакция) достигаются путем регулирования доступности ионов кальция и сульфата. Их использование в качестве низкоэнергетической альтернативы портландцементу было впервые применено в Китае, где производится несколько миллионов тонн в год. [46] [47] Потребности в энергии ниже из-за более низких температур печи, необходимых для реакции, и меньшего количества известняка (который должен быть эндотермически декарбонизирован) в смеси. Кроме того, более низкое содержание известняка и более низкий расход топлива приводят к выбросам CO
2выбросы составляют около половины от выбросов портландского клинкера. Однако выбросы SO 2 обычно значительно выше.

«Естественные» цементы, соответствующие некоторым цементам допортлендской эпохи, производятся путем обжига глинистых известняков при умеренных температурах. Уровень содержания глинистых компонентов в известняке (около 30–35%) таков, что большие количества белита (минерала с низкой ранней прочностью и высокой поздней прочностью в портландцементе) образуются без образования избыточного количества свободной извести. Как и любой природный материал, такие цементы имеют весьма изменчивые свойства.

Геополимерные цементы изготавливаются из смесей водорастворимых силикатов щелочных металлов и алюмосиликатных минеральных порошков, таких как летучая зола и метакаолин .

Полимерные цементы изготавливаются из органических химикатов, которые полимеризуются. Производители часто используют термореактивные материалы. Хотя они часто значительно дороже, они могут дать водонепроницаемый материал, который имеет полезную прочность на разрыв.

Цемент Сорель — это твердый, прочный цемент, изготовленный путем соединения оксида магния и раствора хлорида магния.

Фиброцемент или фиброармированный бетон — это цемент, состоящий из волокнистых материалов, таких как синтетические волокна, стекловолокно, натуральные волокна и стальные волокна. Этот тип сетки равномерно распределяется по всему влажному бетону. Цель фибросетки — уменьшить потерю воды из бетона, а также повысить его структурную целостность. [48] При использовании в штукатурках фибросетка увеличивает связность, прочность на разрыв, ударопрочность и уменьшает усадку; в конечном счете, главная цель этих комбинированных свойств — уменьшить растрескивание. [49]

Электроцемент предлагается производить путем переработки цемента из отходов сноса в электродуговой печи в рамках процесса производства стали . Переработанный цемент предполагается использовать для замены части или всей извести, используемой в производстве стали, в результате чего получается шлакоподобный материал, который по минералогии похож на портландцемент, что исключает большую часть связанных с этим выбросов углерода. [50]

Схватывание, затвердевание и отверждение

Цемент начинает схватываться при смешивании с водой, что вызывает ряд химических реакций гидратации. Компоненты медленно гидратируются, а минеральные гидраты затвердевают и твердеют. Сцепление гидратов придает цементу прочность. Вопреки распространенному мнению, гидравлический цемент не схватывается при высыхании — правильное отверждение требует поддержания соответствующего содержания влаги, необходимого для реакций гидратации во время процессов схватывания и затвердевания. Если гидравлические цементы высыхают во время фазы отверждения, полученный продукт может быть недостаточно гидратирован и значительно ослаблен. Рекомендуется минимальная температура 5 °C и не более 30 °C. [51] Бетон в молодом возрасте должен быть защищен от испарения воды из-за прямой инсоляции, повышенной температуры, низкой относительной влажности и ветра.

Зона межфазного перехода (ЗП) представляет собой область цементного теста вокруг частиц заполнителя в бетоне . В этой зоне происходит постепенный переход в микроструктурных особенностях. [52] Эта зона может быть шириной до 35 микрометров. [53] : 351  Другие исследования показали, что ширина может быть до 50 микрометров. Среднее содержание непрореагировавшей фазы клинкера уменьшается, а пористость уменьшается по направлению к поверхности заполнителя. Аналогично, содержание эттрингита увеличивается в ЗП. [53] : 352 

Вопросы безопасности

На мешках с цементом обычно печатаются предупреждения о вреде для здоровья и безопасности, поскольку цемент не только является сильнощелочным , но и процесс схватывания является экзотермическим . В результате влажный цемент является сильно едким (pH = 13,5) и может легко вызвать серьезные ожоги кожи, если его не смыть водой. Аналогично, сухой цементный порошок при контакте со слизистыми оболочками может вызвать сильное раздражение глаз или дыхательных путей. Некоторые микроэлементы, такие как хром, из примесей, естественным образом присутствующих в сырье, используемом для производства цемента, могут вызывать аллергический дерматит . [54] Восстановители, такие как сульфат железа (FeSO 4 ), часто добавляют в цемент для преобразования канцерогенного шестивалентного хромата (CrO 4 2− ) в трехвалентный хром (Cr 3+ ), менее токсичный химический вид. Потребители цемента также должны носить соответствующие перчатки и защитную одежду. [55]

Цементная промышленность в мире

Мировое производство цемента (2022)
Мировое производство цемента в 2022 году
Мировые мощности по производству цемента (2022)
Мировые мощности по производству цемента в 2022 г.

В 2010 году мировое производство гидравлического цемента составило 3300 мегатонн (3600 × 10 6 коротких тонн)^ . В тройку крупнейших производителей вошли Китай с 1800, Индия с 220 и США с 63,5 миллионами тонн, что в общей сложности составляет более половины мирового объема по трем самым густонаселенным государствам мира. [56]

Что касается мировых мощностей по производству цемента в 2010 году, ситуация была аналогичной: на три крупнейших государства (Китай, Индия и США) приходилось чуть менее половины мировых мощностей. [57]

В 2011 и 2012 годах мировое потребление продолжало расти, достигнув 3585 млн тонн в 2011 году и 3736 млн тонн в 2012 году, в то время как годовые темпы роста замедлились до 8,3% и 4,2% соответственно.

Китай, представляющий растущую долю мирового потребления цемента, остается основным двигателем мирового роста. К 2012 году спрос в Китае был зафиксирован на уровне 2160 млн тонн, что составляет 58% мирового потребления. Годовые темпы роста, достигшие 16% в 2010 году, по-видимому, смягчились, замедлившись до 5–6% в 2011 и 2012 годах, поскольку экономика Китая нацелена на более устойчивые темпы роста.

За пределами Китая мировое потребление выросло на 4,4% до 1462 млн тонн в 2010 году, на 5% до 1535 млн тонн в 2011 году и, наконец, на 2,7% до 1576 млн тонн в 2012 году.

Иран в настоящее время является третьим по величине производителем цемента в мире и увеличил свое производство более чем на 10% с 2008 по 2011 год. [58] Из-за роста цен на энергию в Пакистане и других крупных странах-производителях цемента Иран находится в уникальном положении как торговый партнер, используя собственные излишки нефти для питания клинкерных заводов. Теперь, будучи ведущим производителем на Ближнем Востоке, Иран еще больше усиливает свое доминирующее положение на местных рынках и за рубежом. [59]

Показатели Северной Америки и Европы за период 2010–2012 годов резко контрастировали с показателями Китая, поскольку глобальный финансовый кризис перерос в кризис суверенного долга для многих экономик этого региона [ необходимо разъяснение ] и рецессию. Уровень потребления цемента в этом регионе упал на 1,9% в 2010 году до 445 млн тонн, восстановился на 4,9% в 2011 году, а затем снова снизился на 1,1% в 2012 году.

Показатели в остальном мире, куда входят многие развивающиеся экономики Азии, Африки и Латинской Америки, а также спрос на цемент в размере около 1020 млн тонн в 2010 году, были положительными и более чем компенсировали спад в Северной Америке и Европе. Годовой рост потребления был зафиксирован на уровне 7,4% в 2010 году, снизившись до 5,1% и 4,3% в 2011 и 2012 годах соответственно.

По состоянию на конец 2012 года мировая цементная промышленность насчитывала 5673 предприятия по производству цемента, включая как интегрированные, так и помольные, из которых 3900 располагались в Китае, а 1773 — в других странах мира.

В 2012 году общая мощность производства цемента в мире составила 5245 млн тонн, из которых 2950 млн тонн приходилось на Китай, а 2295 млн тонн — на остальные страны мира. [5]

Китай

«За последние 18 лет Китай постоянно производил больше цемента, чем любая другая страна в мире. [...] (Однако) экспорт цемента из Китая достиг пика в 1994 году, когда было отправлено 11 миллионов тонн, и с тех пор неуклонно снижается. В 2002 году из Китая было экспортировано всего 5,18 миллионов тонн. Предлагаемый по цене 34 доллара за тонну, китайский цемент сам себя вытесняет с рынка, поскольку Таиланд просит всего 20 долларов за то же качество». [60]

В 2006 году было подсчитано, что Китай произвел 1,235 млрд тонн цемента, что составило 44% от общего мирового производства цемента. [61] «Ожидается, что спрос на цемент в Китае будет расти на 5,4% ежегодно и превысит 1 млрд тонн в 2008 году, что обусловлено замедляющимся, но здоровым ростом расходов на строительство. Потребление цемента в Китае составит 44% от мирового спроса, и Китай останется крупнейшим в мире национальным потребителем цемента с большим отрывом». [62]

В 2010 году в мире было потреблено 3,3 млрд тонн цемента. Из них на Китай пришлось 1,8 млрд тонн. [63]

Воздействие на окружающую среду

Производство цемента оказывает воздействие на окружающую среду на всех этапах процесса. К ним относятся выбросы загрязняющих веществ в виде пыли, газов, шума и вибрации при работе машин и взрывных работах в карьерах , а также ущерб сельской местности от карьерных работ. Широко используется оборудование для снижения выбросов пыли во время карьерных работ и производства цемента, а также все чаще используется оборудование для улавливания и разделения выхлопных газов. Защита окружающей среды также включает в себя реинтеграцию карьеров в сельскую местность после их закрытия путем возвращения их природе или их рекультивации.

СО2выбросы

Глобальные выбросы углерода по типу к 2018 году
Глобальные выбросы углерода по типу к 2018 году

Концентрация углерода в цементе варьируется от ≈5% в цементных конструкциях до ≈8% в случае дорог из цемента. [64] Производство цемента выбрасывает CO2 в атмосферу как напрямую, когда карбонат кальция нагревается, производя известь и углекислый газ , [65] [66] , так и косвенно, через использование энергии , если его производство связано с выбросами CO
2Цементная промышленность производит около 10% мирового антропогенного CO2 .
2Выбросы , из которых 60% приходится на химический процесс, а 40% — на сжигание топлива. [67] Исследование Chatham House, проведенное в 2018 году, показало, что 4 миллиарда тонн цемента, производимого ежегодно, составляют 8% мирового объема выбросов CO
2Выбросы. [4]

Почти 900 кг CO
2выбрасывается на каждые 1000 кг произведенного портландцемента. В Европейском союзе удельное потребление энергии для производства цементного клинкера сократилось примерно на 30% с 1970-х годов. Это сокращение потребности в первичной энергии эквивалентно примерно 11 миллионам тонн угля в год с соответствующими выгодами в сокращении выбросов CO
2Выбросы. Это составляет около 5% антропогенного CO
2. [68]

Большая часть выбросов углекислого газа при производстве портландцемента (приблизительно 60%) производится в результате химического разложения известняка до извести, ингредиента портландцементного клинкера. Эти выбросы могут быть сокращены путем снижения содержания клинкера в цементе. Их также можно сократить с помощью альтернативных методов производства, таких как совместное измельчение цемента с песком или со шлаком или другими минералами типа пуццолана до очень тонкого порошка. [69]

Чтобы сократить транспортировку более тяжелого сырья и минимизировать сопутствующие расходы, более экономично строить цементные заводы ближе к известняковым карьерам, а не к потребительским центрам. [70]

По состоянию на 2019 год планируется провести испытания по улавливанию и хранению углерода , но их финансовая жизнеспособность остается неопределенной. [71]

СО2поглощение

Гидратированные продукты портландцемента, такие как бетон и растворы, медленно поглощают атмосферный газ CO2, который выделяется во время прокаливания в печи. Этот естественный процесс, обратный прокаливанию, называется карбонизацией. [72] Поскольку он зависит от диффузии CO2 в объем бетона, его скорость зависит от многих параметров, таких как условия окружающей среды и площадь поверхности, подвергающейся воздействию атмосферы. [73] [74] Карбонизация особенно важна на последних этапах жизни бетона - после сноса и дробления мусора. Было подсчитано, что в течение всего жизненного цикла цементных изделий может быть поглощено около 30% атмосферного CO2, выделяемого при производстве цемента. [74]

Процесс карбонизации рассматривается как механизм деградации бетона. Он снижает pH бетона, что способствует коррозии арматурной стали. [72] Однако, поскольку продукт карбонизации Ca(OH)2, CaCO3, занимает больший объем, пористость бетона уменьшается. Это увеличивает прочность и твердость бетона. [75]

Существуют предложения по сокращению углеродного следа гидравлического цемента путем принятия негидравлического цемента, известкового раствора , для определенных применений. Он поглощает часть CO
2во время затвердевания и имеет меньшую потребность в энергии при производстве, чем портландцемент. [76]

Несколько других попыток увеличить поглощение углекислого газа включают цементы на основе магния ( цемент Сореля ). [77] [78] [79]

Выбросы тяжелых металлов в воздух

В некоторых обстоятельствах, в основном в зависимости от происхождения и состава используемого сырья, процесс высокотемпературной кальцинации известняка и глинистых минералов может высвобождать в атмосферу газы и пыль, богатые летучими тяжелыми металлами , например, таллием , [80] кадмий и ртуть являются наиболее токсичными. Тяжелые металлы (Tl, Cd, Hg, ...), а также селен часто встречаются в качестве следовых элементов в обычных сульфидах металлов ( пирит (FeS2 ) , цинковая обманка (ZnS) , галенит (PbS), ...), присутствующих в качестве вторичных минералов в большинстве видов сырья. Во многих странах существуют экологические нормы, ограничивающие эти выбросы. С 2011 года в Соединенных Штатах цементным печам «законно разрешено выбрасывать в воздух больше токсинов , чем мусоросжигательным заводам опасных отходов». [81]

Тяжелые металлы, присутствующие в клинкере

Присутствие тяжелых металлов в клинкере возникает как из-за природного сырья, так и из-за использования переработанных побочных продуктов или альтернативных видов топлива . Высокий уровень pH, преобладающий в поровой воде цемента (12,5 < pH < 13,5), ограничивает подвижность многих тяжелых металлов, снижая их растворимость и увеличивая их сорбцию на минеральных фазах цемента. Никель , цинк и свинец обычно встречаются в цементе в незначительных концентрациях. Хром также может напрямую возникать как естественная примесь из сырья или как вторичное загрязнение от истирания твердых хромистых стальных сплавов, используемых в шаровых мельницах, когда клинкер измельчается. Поскольку хромат (CrO 4 2− ) токсичен и может вызывать серьезные кожные аллергии при следовых концентрациях, его иногда восстанавливают до трехвалентного Cr(III) путем добавления сульфата железа (FeSO 4 ).

Использование альтернативных видов топлива и побочных материалов

Цементный завод потребляет от 3 до 6 ГДж топлива на тонну произведенного клинкера в зависимости от сырья и используемого процесса. Большинство цементных печей сегодня используют уголь и нефтяной кокс в качестве основного топлива и в меньшей степени природный газ и мазут. Отдельные отходы и побочные продукты с извлекаемой теплотворной способностью могут использоваться в качестве топлива в цементной печи (это называется совместной переработкой ), заменяя часть обычного ископаемого топлива , такого как уголь, если они соответствуют строгим спецификациям. Отдельные отходы и побочные продукты, содержащие полезные минералы, такие как кальций, кремний, глинозем и железо, могут использоваться в качестве сырья в печи, заменяя сырье, такое как глина, сланец и известняк. Поскольку некоторые материалы имеют как полезное минеральное содержание, так и извлекаемую теплотворную способность, различие между альтернативными видами топлива и сырьем не всегда очевидно. Например, ил сточных вод имеет низкую, но значительную теплотворную способность и сгорает, давая золу, содержащую минералы, полезные в матрице клинкера. [82] Отходы автомобильных и грузовых шин полезны в производстве цемента, поскольку они имеют высокую теплотворную способность, а железо, содержащееся в шинах, полезно в качестве исходного сырья. [83] : стр. 27 

Клинкер производится путем нагрева сырья внутри основной горелки печи до температуры 1450 °C. Пламя достигает температуры 1800 °C. Материал остается при 1200 °C в течение 12–15 секунд при 1800 °C или иногда в течение 5–8 секунд (также называемых временем пребывания). Эти характеристики клинкерной печи предлагают многочисленные преимущества и обеспечивают полное разрушение органических соединений, полную нейтрализацию кислых газов, оксидов серы и хлористого водорода. Кроме того, следы тяжелых металлов внедряются в структуру клинкера, и не образуются побочные продукты, такие как зола или остатки. [84]

Цементная промышленность ЕС уже использует более 40% топлива, полученного из отходов и биомассы, для обеспечения тепловой энергии в процессе производства серого клинкера. Хотя выбор этого так называемого альтернативного топлива (AF) обычно обусловлен затратами, другие факторы становятся все более важными. Использование альтернативного топлива дает преимущества как для общества, так и для компании: CO
2- выбросы ниже, чем при использовании ископаемого топлива, отходы могут быть совместно переработаны эффективным и устойчивым образом, а спрос на определенные первичные материалы может быть снижен. Тем не менее, существуют большие различия в доле альтернативных видов топлива, используемых между государствами-членами Европейского союза (ЕС). Социальные выгоды могут быть улучшены, если больше государств-членов увеличат свою долю альтернативных видов топлива. Исследование Ecofys [85] оценило барьеры и возможности для дальнейшего внедрения альтернативных видов топлива в 14 государствах-членах ЕС. Исследование Ecofys показало, что местные факторы ограничивают рыночный потенциал в гораздо большей степени, чем техническая и экономическая осуществимость самой цементной промышленности.

Цемент с уменьшенным воздействием на окружающую среду

Растущие экологические проблемы и рост стоимости ископаемого топлива привели во многих странах к резкому сокращению ресурсов, необходимых для производства цемента, а также отходов (пыли и выхлопных газов). [86] Цемент с уменьшенным следом — это цементный материал, который соответствует или превосходит функциональные возможности портландцемента. Разрабатываются различные технологии. Одна из них — геополимерный цемент , который включает в себя переработанные материалы, тем самым сокращая потребление сырья, воды и энергии. Другой подход заключается в сокращении или устранении производства и выбросов вредных загрязняющих веществ и парниковых газов, в частности CO
2. [87] Другим подходом является переработка старого цемента в электродуговых печах . [88] Кроме того, группа ученых из Эдинбургского университета разработала процесс «DUPE», основанный на микробной активности Sporosarcina pasteurii , бактерии, осаждающей карбонат кальция, которая при смешивании с песком и мочой может производить строительные блоки с прочностью на сжатие 70% от прочности бетона. [89] Обзор методов производства цемента, не оказывающих влияния на климат, можно найти здесь. [90]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Draeger: Руководство по выбору и использованию фильтрующих устройств" (PDF) . Draeger. 22 мая 2020 г. Архивировано (PDF) из оригинала 22 мая 2020 г. Получено 22 мая 2020 г. .
  2. ^ ab Rodgers, Lucy (17 декабря 2018 г.). «Крупный источник выбросов CO2, о котором вы, возможно, не знаете». BBC News . Получено 17 декабря 2018 г.
  3. ^ ab "Цемент" (PDF) . Геологическая служба США (USGS) . Получено 26 сентября 2023 г. .
  4. ^ abc "Making Concrete Change: Innovation in Low-carbon Cement and Concrete". Chatham House . 13 июня 2018 г. Архивировано из оригинала 19 декабря 2018 г. Получено 17 декабря 2018 г.
  5. ^ ab Hargreaves, David (март 2013 г.). "The Global Cement Report 10th Edition" (PDF) . International Cement Review . Архивировано (PDF) из оригинала 26 ноября 2013 г.
  6. ^ Цао, Чжи; Майерс, Руперт Дж.; Луптон, Ричард К.; Дуань, Хуабо; Сакки, Ромен; Чжоу, Нань; Рид Миллер, Т.; Каллен, Джонатан М.; Ге, Цюаньшэн; Лю, Ган (29 июля 2020 г.). «Эффект губки и потенциалы смягчения выбросов углерода в мировом цикле цемента». Nature Communications . 11 (1): 3777. Bibcode : 2020NatCo..11.3777C. doi : 10.1038/s41467-020-17583-w . ISSN  2041-1723. PMC 7392754. PMID 32728073  . 
  7. ^ "Базовая молекулярная структура цемента окончательно расшифрована (MIT, 2009)". Архивировано из оригинала 21 февраля 2013 года.
  8. ^ «Обзор парниковых газов Агентства по охране окружающей среды». 23 декабря 2015 г.
  9. ^ "История бетона". Кафедра материаловедения и инженерии, Иллинойсский университет, Урбана-Шампейн. Архивировано из оригинала 27 ноября 2012 года . Получено 8 января 2013 года .
  10. ^ abcdefghi Blezard, Robert G. (12 ноября 2003 г.). «История известковых цементов». В Hewlett, Peter (ред.). Lea's Chemistry of Cement and Concrete. Elsevier. стр. 1–24. ISBN 978-0-08-053541-8.
  11. ^ Брабант, Малкольм (12 апреля 2011 г.). Македонцы создали цемент за три столетия до римлян. Архивировано 9 апреля 2019 г. на Wayback Machine , BBC News .
  12. ^ «От Геракла до Александра Великого: сокровища из королевской столицы Македонии, эллинского королевства в эпоху демократии». Музей искусств и археологии Эшмола, Оксфордский университет. Архивировано из оригинала 17 января 2012 г.
  13. ^ Хилл, Дональд (19 ноября 2013 г.). История инженерии в классические и средневековые времена. Routledge. стр. 106. ISBN 978-1-317-76157-0.
  14. ^ "История цемента". www.understanding-cement.com . Получено 17 декабря 2018 г. .
  15. ^ Трендакоста, Кэтрин (18 декабря 2014 г.). «Как древние римляне делали бетон лучше, чем мы сейчас». Gizmodo .
  16. ^ "Как натуральные пуццоланы улучшают бетон". Ассоциация натуральных пуццоланов . Получено 7 апреля 2021 г.
  17. ^ Риди, Франческа (апрель 2010 г.). «Гидратация цемента: еще многое предстоит понять» (PDF) . La Chimica & l'Industria (3): 110–117. Архивировано (PDF) из оригинала 17 ноября 2015 г.
  18. ^ "Чистый натуральный пуццолановый цемент" (PDF) . Архивировано из оригинала 18 октября 2006 . Получено 12 января 2009 .{{cite web}}: CS1 maint: bot: original URL status unknown (link). chamorro.com
  19. ^ Руссо, Ральф (2006) «Архитектура акведука: перемещение воды к массам в Древнем Риме» Архивировано 12 октября 2008 г. в Wayback Machine , в Математика в красоте и реализации архитектуры , том IV, Учебные разделы, разработанные членами Йельского института учителей Нью-Хейвена 1978–2012 гг., Йельский институт учителей Нью-Хейвена.
  20. ^ ab Cowan, Henry J. (1975). «Историческая заметка о бетоне». Architectural Science Review . 18 : 10–13. doi :10.1080/00038628.1975.9696342.
  21. ^ Кабрера, Дж. Г.; Ривера-Вильярреал, Р.; Шри Равиндрараджа, Р. (1997). «Свойства и долговечность легкого бетона доколумбовой эпохи». SP-170: Четвертая международная конференция CANMET/ACI по долговечности бетона . Том 170. стр. 1215–1230. doi :10.14359/6874. ISBN 9780870316692. S2CID  138768044. {{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )
  22. ^ ab Sismondo, Sergio (20 ноября 2009 г.). Введение в науку и технологии. Wiley. ISBN 978-1-4443-1512-7.
  23. ^ Мукерджи, Чандра (2009). Невозможное проектирование: технологии и территориальность на канале Дю Миди. Princeton University Press. стр. 121. ISBN 978-0-691-14032-2.
  24. ^ ab < Taves, Loren Sickels (27 октября 2015 г.). «Дома полосатых кошек на южноатлантическом побережье». Old-House Journal . Active Interest Media, Inc.: 5.
  25. ^ Фрэнсис, А. Дж. (1977) Цементная промышленность 1796–1914: История , Дэвид и Чарльз. ISBN 0-7153-7386-2 , Гл. 2. 
  26. ^ "Кто открыл цемент". 12 сентября 2012 г. Архивировано из оригинала 4 февраля 2013 г.
  27. ^ Значко-Яворский; И.Л. (1969). Егор Герасимович Челидзе, изобретатель цемента. Сабчота Сакартвело. Архивировано из оригинала 1 февраля 2014 года.
  28. ^ "Lafarge History of Cement". Архивировано из оригинала 2 февраля 2014 года.
  29. ^ Курланд, Роберт (2011). Бетонная планета: странная и захватывающая история самого распространенного в мире искусственного материала . Амхерст, Нью-Йорк: Prometheus Books. стр. 190. ISBN 978-1616144814.
  30. ^ Фрэнсис, А. Дж. (1977) Цементная промышленность 1796–1914: История , Дэвид и Чарльз. ISBN 0-7153-7386-2 , гл. 5. 
  31. ^ Хан, Томас Ф. и Кемп, Эмори Леланд (1994). Цементные мельницы вдоль реки Потомак . Моргантаун, Западная Вирджиния: Издательство Университета Западной Вирджинии. стр. 16. ISBN 9781885907004 
  32. ^ Хьюлетт, Питер (2003). Химия цемента и бетона Ли. Баттерворт-Хайнеманн. стр. Гл. 1. ISBN 978-0-08-053541-8. Архивировано из оригинала 1 ноября 2015 года.
  33. ^ ab "Возвращение природного цемента". Popular Science . Bonnier Corporation. Октябрь 1941 г. стр. 118.
  34. ^ Станислас Сорель (1867). «Sur un nouveau ciment magnésien». Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des Sciences , том 65, страницы 102–104.
  35. ^ Уоллинг, Сэм А.; Провис, Джон Л. (2016). «Цементы на основе магнезии: путешествие длиною в 150 лет и цементы будущего?». Chemical Reviews . 116 (7): 4170–4204. doi : 10.1021/acs.chemrev.5b00463 . ISSN  0009-2665. PMID  27002788.
  36. ^ МакАртур, Х.; Сполдинг, Д. (1 января 2004 г.). Инженерное материаловедение: свойства, применение, деградация, восстановление. Elsevier. ISBN 9781782420491.
  37. ^ "Как работают бетономешалки". HowStuffWorks . 26 января 2012 г. Получено 2 апреля 2020 г.
  38. ^ Glasser F. (2011). Применение неорганических цементов для кондиционирования и иммобилизации радиоактивных отходов. В: Ojovan MI (2011). Справочник по передовым технологиям кондиционирования радиоактивных отходов. Woodhead, Cambridge, 512 стр.
  39. ^ Абдель Рахман РО, Рахимов РЗ, Рахимова НР, Оджован МИ (2015). Цементные материалы для иммобилизации ядерных отходов. Wiley, Chichester 232 стр.
  40. ^ Холланд, Теренс С. (2005). "Руководство пользователя по использованию микрокремнезема" (PDF) . Ассоциация по микрокремнезему и Федеральное управление автомобильных дорог Министерства транспорта США Технический отчет FHWA-IF-05-016 . Получено 31 октября 2014 г.
  41. ^ Косматка, С.; Керкхофф, Б.; Панерез, В. (2002). Проектирование и контроль бетонных смесей (14-е изд.). Ассоциация портландцемента, Скоки, Иллинойс.
  42. ^ Гэмбл, Уильям. «Цемент, раствор и бетон». В Baumeister; Avallone; Baumeister (ред.). Справочник Марка для инженеров-механиков (восьмое изд.). McGraw Hill. Раздел 6, стр. 177.
  43. ^ Федеральное управление автомагистралей США . "Летучая зола". Архивировано из оригинала 21 июня 2007 года . Получено 24 января 2007 года .
  44. ^ Федеральное управление автомагистралей США . "Silica Fume". Архивировано из оригинала 22 января 2007 года . Получено 24 января 2007 года .
  45. ^ Юстнес, Харальд; Эльфгрен, Леннарт; Ронин, Владимир (2005). «Механизм производительности энергетически модифицированного цемента по сравнению с соответствующим смешанным цементом» (PDF) . Исследования цемента и бетона . 35 (2): 315–323. doi :10.1016/j.cemconres.2004.05.022. Архивировано из оригинала (PDF) 10 июля 2011 г.
  46. ^ Bye, GC (1999). Портландцемент . 2-е изд., Томас Телфорд. С. 206–208. ISBN 0-7277-2766-4 
  47. ^ Чжан, Лян; Су, Мужэнь; Ван, Яньмоу (1999). «Развитие использования сульфо- и ферроалюминатных цементов в Китае». Advances in Cement Research . 11 : 15–21. doi :10.1680/adcr.1999.11.1.15.
  48. ^ Munsell, Faith (31 декабря 2019 г.). «Бетонная сетка: когда использовать фибровую или проволочную сетку | Port Aggregates». Port Aggregates . Получено 19 сентября 2022 г. .
  49. ^ "Plaster / Stucco Manual" (PDF) . Cement.org . 2003. стр. 13 . Получено 12 апреля 2021 г. .
  50. ^ Барнард, Майкл (30 мая 2024 г.). «Многие зеленые цементные дороги ведут через электродуговые сталеплавильные печи». CleanTechnica . Получено 11 июня 2024 г.
  51. ^ «Использование продуктов на основе цемента в зимние месяцы». sovchem.co.uk . 29 мая 2018 г. Архивировано из оригинала 29 мая 2018 г.
  52. ^ ab Scrivener, KL, Crumbie, AK и Laugesen P. (2004). «Интерфейсная переходная зона (ITZ) между цементным тестом и заполнителем в бетоне». Interface Science, 12 (4) , 411–421. doi: 10.1023/B:INTS.0000042339.92990.4c.
  53. ^ abc HFW Taylor, Химия цемента, 2-е изд. Лондон: T. Telford, 1997.
  54. ^ "Информационный лист по строительству № 26 (редакция 2)" (PDF) . hse.gov.uk. Архивировано (PDF) из оригинала 4 июня 2011 г. Получено 15 февраля 2011 г.
  55. ^ "CIS26 – цемент" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 4 июня 2011 . Получено 5 мая 2011 .
  56. ^ Геологическая служба США. "USGS Mineral Program Cement Report. (Январь 2011)" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 8 октября 2011 г.
  57. ^ Эдвардс, П.; Маккаффри, Р. Глобальный справочник по цементу 2010. Публикации PRo Архивировано 3 января 2014 г. в Wayback Machine . Эпсом, Великобритания, 2010.
  58. ^ "Pakistan loses Afghan cement market share to Iran". International Cement Revie . 20 августа 2012 г. Архивировано из оригинала 22 сентября 2013 г. Получено 2 ноября 2024 г.
  59. ^ ICR Newsroom. Пакистан теряет долю на рынке цемента в Афганистане в пользу Ирана Архивировано 22 сентября 2013 года на Wayback Machine . Получено 19 ноября 2013 года.
  60. ↑ Янь, Ли Юн (7 января 2004 г.) Путь Китая вперед, вымощенный цементом, Asia Times
  61. ^ "Китай теперь № 1 по выбросам CO; США на втором месте: дополнительная информация". NEAA . 19 июня 2007 г. Архивировано из оригинала 3 июля 2007 г.
  62. ^ "Спрос на цемент в Китае превысит 1 миллиард тонн в 2008 году". CementAmericas . Ноябрь 2004. Архивировано из оригинала 27 апреля 2009.
  63. ^ "Использование угля и цемента". Всемирная угольная ассоциация. Архивировано из оригинала 8 августа 2011 года.
  64. ^ Scalenghe, R.; Malucelli, F.; Ungaro, F.; Perazzone, L.; Filippi, N.; Edwards, AC (2011). «Влияние 150 лет землепользования на антропогенные и естественные запасы углерода в регионе Эмилия-Романья (Италия)». Environmental Science & Technology . 45 (12): 5112–5117. Bibcode : 2011EnST...45.5112S. doi : 10.1021/es1039437. PMID  21609007.
  65. ^ "EIA – Выбросы парниковых газов в США 2006-Выбросы углекислого газа". Министерство энергетики США. Архивировано из оригинала 23 мая 2011 г.
  66. ^ Матар, В.; Эльшурафа, А.М. (2017). «Нахождение баланса между прибылью и выбросами углекислого газа в цементной промышленности Саудовской Аравии». Международный журнал по контролю за выбросами парниковых газов . 61 : 111–123. Bibcode : 2017IJGGC..61..111M. doi : 10.1016/j.ijggc.2017.03.031 .
  67. ^ "Тенденции глобальных выбросов CO2: отчет за 2014 год" (PDF) . PBL Нидерландское агентство по оценке окружающей среды и Объединенный исследовательский центр Европейской комиссии. 2014. Архивировано из оригинала (PDF) 14 октября 2016 года.
  68. ^ Махасенан, Натесан; Смит, Стив; Хамфрис Кеннет; Кайя, И. (2003). «Цементная промышленность и глобальное изменение климата: текущие и потенциальные будущие выбросы CO2 в цементной промышленности». Технологии контроля выбросов парниковых газов – 6-я международная конференция . Оксфорд: Pergamon. С. 995–1000. ISBN 978-0-08-044276-1.
  69. ^ "Blended Cement". Science Direct . 2015. Получено 7 апреля 2021 г.
  70. ^ Чандак, Шобхит. "Отчет о цементной промышленности в Индии". scribd. Архивировано из оригинала 22 февраля 2012 г. Получено 21 июля 2011 г.
  71. ^ "Первый в мире цементный завод с нулевым уровнем выбросов строится в Норвегии". Euractiv.com Ltd. 13 декабря 2018 г.
  72. ^ ab Паде, Клаус; Гимараеш, Мария (1 сентября 2007 г.). «Поглощение CO2 бетоном в 100-летней перспективе». Исследования цемента и бетона . 37 (9): 1348–1356. doi :10.1016/j.cemconres.2007.06.009. ISSN  0008-8846.
  73. ^ Си, Фэнмин; Дэвис, Стивен Дж.; Сиаис, Филипп; Кроуфорд-Браун, Дуглас; Гуань, Дабо; Паде, Клаус; Ши, Тиемао; Сиддалл, Марк; Лв, Цзе; Цзи, Ланьчжу; Бин, Лунфэй; Ван, Цзяоюэ; Вэй, Вэй; Ян, Кын-Хёк; Лагерблад, Бьёрн (декабрь 2016 г.). «Значительное глобальное поглощение углерода карбонизацией цемента». Nature Geoscience . 9 (12): 880–883. Bibcode :2016NatGe...9..880X. doi :10.1038/ngeo2840. ISSN  1752-0908.
  74. ^ ab Cao, Zhi; Myers, Rupert J.; Lupton, Richard C.; Duan, Huabo; Sacchi, Romain; Zhou, Nan; Reed Miller, T.; Cullen, Jonathan M.; Ge, Quansheng; Liu, Gang (29 июля 2020 г.). «Эффект губки и потенциалы смягчения выбросов углерода в мировом цикле цемента». Nature Communications . 11 (1): 3777. Bibcode :2020NatCo..11.3777C. doi : 10.1038/s41467-020-17583-w . hdl : 10044/1/81385 . ISSN  2041-1723. PMC 7392754 . PMID  32728073. 
  75. ^ Ким, Джин-Кын; Ким, Чин-Ён; Йи, Сонг-Тэ; Ли, Юн (1 февраля 2009 г.). «Влияние карбонизации на число отскока и прочность бетона на сжатие». Цемент и бетонные композиты . 31 (2): 139–144. doi :10.1016/j.cemconcomp.2008.10.001. ISSN  0958-9465.
  76. ^ Кент, Дуглас (22 октября 2007 г.). «Ответ: известь — гораздо более экологичный вариант, чем цемент, говорит Дуглас Кент». The Guardian . ISSN  0261-3077 . Получено 22 января 2020 г. .
  77. ^ "Novacem's 'carbon negative cement'". Американское керамическое общество . 9 марта 2011 г. Получено 26 сентября 2023 г.
  78. ^ "Novacem". imperialinnovations.co.uk . Архивировано из оригинала 3 августа 2009 года.
  79. ^ Джа, Алок (31 декабря 2008 г.). «Раскрыто: цемент, который ест углекислый газ». The Guardian . Лондон. Архивировано из оригинала 6 августа 2013 г. Получено 28 апреля 2010 г.
  80. ^ "Информационный листок: Таллий" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 11 января 2012 г. . Получено 15 сентября 2009 г. .
  81. ^ Беркес, Ховард (10 ноября 2011 г.). «Правила Агентства по охране окружающей среды дают разрешение печам загрязнять окружающую среду: NPR». NPR.org . Архивировано из оригинала 17 ноября 2011 г. Получено 17 ноября 2011 г.
  82. ^ "Руководящие принципы по выбору и использованию топлива и сырья в процессе производства цемента" (PDF) . Всемирный совет предпринимателей по устойчивому развитию. 1 июня 2005 г. Архивировано из оригинала (PDF) 10 сентября 2008 г.
  83. ^ «Расширение использования альтернативных видов топлива на цементных заводах: передовой международный опыт» (PDF) . Международная финансовая корпорация, Группа Всемирного банка. 2017.
  84. ^ "Цемент, бетон и круговая экономика" (PDF) . cembureau.eu . Архивировано из оригинала (PDF) 12 ноября 2018 г.
  85. ^ de Beer, Jeroen et al. (2017) Состояние и перспективы совместной переработки отходов на цементных заводах ЕС Архивировано 30 декабря 2020 г. в Wayback Machine . Исследование ECOFYS.
  86. ^ "Альтернативные виды топлива в производстве цемента – брошюра CEMBUREAU, 1997" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2 октября 2013 г.
  87. ^ "Инженеры разрабатывают цемент с выбросами углекислого газа и энергопотреблением на 97 процентов меньше – DrexelNow". DrexelNow . 20 февраля 2012 г. Архивировано из оригинала 18 декабря 2015 г. Получено 16 января 2016 г.
  88. ^ "Как сделать низкоуглеродистый бетон из старого цемента". The Economist . ISSN  0013-0613 . Получено 27 апреля 2023 г.
  89. ↑ Монкс, Кирон (22 мая 2014 г.). «Вы бы жили в доме из песка и бактерий? Это на удивление хорошая идея». CNN. Архивировано из оригинала 20 июля 2014 г. Получено 20 июля 2014 г.
  90. ^ "Top-Innovationen 2020: Zement lässt sich auch klimafreundlich produzieren" . www.spektrum.de (на немецком языке) . Проверено 28 декабря 2020 г.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Цемент» .