Портландцемент является широко распространенным в строительстве гидравлическим вяжущим веществом, получаемым тонким измельчением цементного клинкера. Порошок портландцемента имеет зеленовато-серый цвет.
Для регулирования свойств портландцемента, а также уменьшения его стоимости при помоле клинкера вводят активные (гидравлические) добавки — трепел, диатом, шлаки и др. (до 15%) и инертные — известняки, доломит, кварцевый песок и др. (до 10%.). Для регулирования сроков схватывания (размолотый клинкер при затворении водой схватывается очень быстро) добавляют до 3% гипса.
Цементный клинкер получают обжигом искусственной смеси углекислого кальция СаС03 (известняка или мела) и глины или естественных пород такого же состава (мергелей) при температуре 1400-1500° С. Смесь приготовляют сухим или мокрым способом.
При наиболее часто применяемом мокром способе измельченная глина в аппарате «болтушка» превращается в жидкий шлам. Глиняный шлам и дробленый известняк в необходимой пропорции подают во вращающиеся трубные мельницы, где известняк размалывается и смешивается с глиняным шламом.
Полученный глино-известковый шлам из мельницы поступает в шламовый бассейн, где окончательно уточняется его состав и шлам дополнительно перемешивается. Из бассейна шлам подают в наклонно установленную вращающуюся обжигательную печь со стороны более высокого конца печи, а топливо в распыленном виде вдувается в печь с противоположного пониженного конца.
Топливо сгорает вблизи места его подачи, поднимая температуру до 1500° С. Дымовые газы удаляются из печи с противоположного конца барабана печи в месте загрузки шлама. При продвижении шлама вниз по барабану вращающейся печи сначала испаряется вода при температуре 100-150° С, затем выгорают органические примеси.
В средней части печи при температуре 1000-1100° С известняк распадается на окись кальция и углекислый газ. Зона обжига расположена в пониженной части печи с температурой около 1500° С. Здесь протекает процесс спекания (образование клинкера) — известняк соединяется с глинистыми веществами. Полученные из зоны обжига очень твердые серые спекшиеся шарики цементного клинкера охлаждают потоком холодного воз-духа и в охлажденном виде направляют на склад.
После вылеживания на складе клинкер подвергают тонкому помолу совместно с активными или инертными добавками и гипсом.
Чем тоньше помол цемента, тем качество его (активность и скорость гидратации) выше. При сухом способе сырьевые материалы, первоначально подсушенные, совместно измельчают до зерен 40 мм, тщательно перемешивают, превращают в гранулы и обжигают.
Полученный готовый портландцемент направляют в силосный склад готового цемента, где выдерживают до отправки его потребителям. Цемент выдерживать необходимо в связи с тем, что в нем имеется некоторое количество остатков свободной окиси кальция (негашеной извести), которые должны погаситься за счет влаги, имеющейся в воздухе.
При гашении извести в невыдержанном цементе, употребляемом в работе, она будет увеличиваться в объеме, вызывая трещины в изделиях и штукатурках. Портландцемент считается годным к применению, когда при испытании его изменение объема будет равномерным (без образования трещин) и будут обеспечены нормальные сроки схватывания.
Затворенный водой портландцемент образует пластичное тесто, которое спустя некоторое время начинает уплотняться и загустевать (начало схватывания), а затем превращается в твердое тело, еще обладающее небольшой прочностью (конец схватывания) .
В дальнейшем продолжается твердение цемента с повышением его прочности.
В начальный период (3-7 дней) твердение портландцемента протекает сравнительно быстро, затем прочность его нарастает медленно и спустя 3 месяца становится весьма малым, но не прекращается и в дальнейшем в незначительных размерах повышается долгие годы.
Ускорить твердение цемента можно более тонким помолом его, повышением температуры среды, в которой происходит твердение, и добавкой некоторых химических ускорителей твердения (хлористого кальция или натрия) в количестве 1-2% от веса цемента.