Промышленное использование силикатов

Цементное производство

В виде песка SiO₂ — давно известный строительный материал. Сырьем в цементном производстве служит смесь глины с известняком. Применяют и природный мергель (глинистый известняк), если он по составу удовлетворяет требованиям цементного производства.

При 1400−1500°С масса спекается с образованием сложных силикатов. Выходящий из печи спекшийся материал называют клинкером. Разломный клинкер упаковывают в бочки или мешки. Готовый продукт представляет собой тонкий серо-зеленый порошок.

Основная масс цемента состоит из сложных химических соединений кальция, магния, кремния, алюминия и железа. Состав этих веществ, представленных в виде соединений оксидов, следующий: 3CaO· SiO₂, 2CaO · SiO₂, 3CaO· Al₂ O₃, 2CaO· Fe₂ O₃. Кроме того, в цементе всегда в переменных количествах содержатся различные примеси.

Основной химический процесс при производстве цемента — спекание при 1200 — 1300 °C смеси глины с известняком, приводящий к образованию силикатов и алюминатов кальция:

Al₂ O · 2SiO₂ · 2H₂ O = Al₂ O₃ · 2SiO₂ + 2H₂ O (10).

CaCO₃ = CaO + CO₂ (11).

CaO + SiO₂ = CaSiO₃ (12).

3CaO + Al₂ O₃ = 3CaO *Al₂ O₃ (13).

При смешивании с водой происходит постепенная гидратация:

3CaO · Al₂ O₃ · 6 H₂O = 3CaO · Al₂O₃ + 6 H₂O (14).

Если при замешивании цементной массы ввести в нее щебень, гравий и тому подобные материалы, то получится бетон. Если же бетоном прикрывают какую-либо основу (каркас) из железных прутьев, проволоки, стержней и т. д., то подобные конструкции называют железобетоном.

Железо и бетон хорошо сцепляются между собой, образуя прочную массу, не разрушающуюся при обычных изменениях температуры (коэффициенты объемного расширения железа и бетона почти одинаковы).

Железобетон отличается механической прочностью, большим сопротивлению сжатию и разрыву (сам цемент хорошо выдерживает сжатие, но очень слаб на растяжение). Композиция из цемента и асбеста (асбоцемент) — ценный материал для кровель. Асбоцементные крыши отличаются долголетием.

Бетон хорошо задерживает радиоактивные излучения и применяется для защиты от них. Цемент относится к числу так называемых вяжущих материалов. Это материалы, способные из жидкого или тестообразного состояния переходить в твердое, камневидное при обычной температуре. Вяжущие вещества разделяют на органические (смолы, клеи и др.) и минеральные (цемент, известь и др.). Минеральные вяжущие вещества, в свою очередь, подразделяют на воздушные и гидравлические. К воздушным вяжущим материалам причисляют те из них, которые твердеют на воздухе. Сюда относят известь, алебастр, гипс, магнезиальный цемент и др. Гидравлические вяжущие вещества могут твердеть и сохранять свою прочность, как на воздухе, так и в воде. Сюда относят цемент.