Технология неорганических вяжущих веществ

 
 
 
 
 
С. В. Федосов, Г. Ю. Селезнева, Ю. А. Щепочкина 
 
 
 
 
 
 
ТЕХНОЛОГИЯ 
НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ 
 
 
Монография 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024
 

УДК 666.9 
ББК 38.32 
Ф33 
 
 
Рецензенты: 
доктор технических наук, профессор, академик РААСН В. С. Федоров  
(ФГБОУ ВО «Российский университет транспорта (МИИТ)»); 
доктор технических наук, профессор, член-корреспондент РААСН  Ю. В. Пухаренко  
(ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный  
архитектурно-строительный университет») 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Федосов, С. В.  
Ф33 
 
Технология неорганических вяжущих веществ : монография / С. В. Федосов, Г. Ю. Селезнева, Ю. А. Щепочкина. – Москва ; Вологда : ИнфраИнженерия, 2024. – 180 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1914-7 
 
Обобщен накопленный десятилетиями опыт и новый материал о сырье и технологических особенностях получения неорганических вяжущих веществ.  
Для инженерно-технических работников промышленности строительных материалов, сотрудников проектных и научно-исследовательских институтов, аспирантов, 
магистрантов, студентов. 
 
УДК 666.9 
ББК 38.32 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1914-7 
© Федосов С. В., Селезнева Г. Ю., Щепочкина Ю. А., 2024 
 
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
© Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
2 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
ВВЕДЕНИЕ 
............................................................................................................... 6 
1. КЛАССИФИКАЦИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ  
ВЕЩЕСТВ ................................................................................................................ 7 
2. ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА ВОЗДУШНОГО ТВЕРДЕНИЯ 
....................... 10 
2.1. Гипсовые вяжущие вещества и сырьевые материалы  
для их производства 
............................................................................................ 10 
2.1.1. Модификация водного и безводного сульфата кальция ....................... 11 
2.1.2. Технология производства гипсовых вяжущих веществ 
........................ 12 
2.1.2.1. Получение гипсового вяжущего в варочных котлах 
........................ 12 
2.1.2.2. Получение гипсового вяжущего при совмещенном помоле  
и обжиге.............................................................................................................. 15 
2.1.2.3. Схватывание и твердение полуводного гипса .................................. 22 
2.1.2.4. Гипсовые вяжущие Į- и ȕ-модификаций полугидрата сульфата  
кальция, их свойства и области применения 
.................................................. 24 
2.1.3. Ангидритовый цемент .............................................................................. 26 
2.2. Магнезиальные вяжущие вещества ......................................................... 27 
2.2.1. Каустический магнезит 
............................................................................. 27 
2.2.2. Каустический доломит.............................................................................. 30 
2.3. Жидкое стекло 
............................................................................................... 31 
2.4. Известковые вяжущие ................................................................................ 32 
2.4.1. Строительная известь ............................................................................... 32 
2.4.2. Технология получения негашеной извести ............................................ 37 
2.4.2.1. Получение извести в шахтных печах 
................................................. 37 
2.4.2.2. Получение извести во вращающихся печах 
...................................... 41 
2.4.2.3. Получение извести в печах кипящего слоя ....................................... 42 
2.4.3. Гашение извести 
........................................................................................ 45 
2.4.4. Твердение воздушной извести 
................................................................. 49 
3. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА 
....................................... 52 
3.1. Гидравлическая известь ............................................................................. 52 
3.2. Романцемент 
.................................................................................................. 53 
3.3. Портландцемент и его разновидности ..................................................... 55 
3.3.1. Характеристика цементного клинкера 
.................................................... 55 
3.3.2. Сырьевые материалы и топливо для производства клинкера .............. 60 
3.3.3. Производство цементного клинкера мокрым способом ....................... 63 
3.3.3.1. Подготовка сырьевых смесей ............................................................. 63 
3.3.3.2. Корректирование состава сырьевых смесей ..................................... 71 
3.3.3.3. Обжиг сырьевых смесей 
...................................................................... 72 
3.3.3.4. Способы повышения эффективности производства клинкера  
мокрым способом .............................................................................................. 76 
3.3.4. Сухой способ производства цементного клинкера ............................... 81 
3.3.4.1. Переработка сырья ............................................................................... 81 
3.3.4.2. Корректирование, гомогенизация, гранулирование смесей ............ 84 
3.3.4.3. Обжиг гранулированных смесей ........................................................ 86 
3 

3.3.5. Помол цементного клинкера и добавок 
.................................................. 90 
3.3.6. Транспортирование и обеспыливание в производстве цемента .......... 99 
3.3.7. Хранение, упаковка и отправка цемента потребителю 
....................... 107 
3.3.8. Твердение портландцемента и его свойства ........................................ 108 
3.3.8.1. Взаимодействие портландцемента с водой ..................................... 108 
3.3.8.2. Свойства цементного теста и затвердевшего цементного 
камня 
................................................................................................................. 110 
3.3.8.3. Вода в цементном тесте и камне ...................................................... 114 
3.3.8.4. Основные свойства портландцемента 
.............................................. 117 
3.3.9. Стойкость цементного камня против действия химических  
и физических агрессивных факторов .............................................................. 119 
3.3.9.1. Химическая коррозия цементного камня ........................................ 119 
3.3.9.2. Физическая коррозия цементного камня 
......................................... 124 
3.3.10. Разновидности портландцемента ........................................................ 125 
3.3.10.1. Сульфатостойкий портландцемент ................................................ 126 
3.3.10.2. Цементы с поверхностно-активными добавками ......................... 126 
3.3.10.3. Белый портландцемент .................................................................... 128 
3.3.10.4. Цветной портландцемент ................................................................ 128 
3.3.10.5. Портландцемент для бетона дорожных и аэродромных  
покрытий .......................................................................................................... 129 
3.3.10.6. Портландцемент для производства асбестоцементных  
изделий ............................................................................................................. 129 
3.3.10.7. Тампонажные портландцементы 
.................................................... 130 
3.3.10.8. Портландцементы для строительных растворов и бетонов  
автоклавного твердения 
.................................................................................. 131 
3.4. Пуццолановые вяжущие вещества 
......................................................... 132 
3.4.1. Пуццолановый портландцемент ............................................................ 132 
3.4.2. Известково-пуццолановое вяжущее 
...................................................... 136 
3.4.3. Известково-зольное вяжущее 
................................................................. 136 
3.4.4. Гипсоцементно-пуццолановые вяжущие вещества 
............................. 140 
3.5. Шлаковые цементы ................................................................................... 142 
3.5.1. Характеристика шлаков для производства цементов 
.......................... 142 
3.5.1.1. Доменные шлаки ................................................................................ 142 
3.5.1.2. Передельные шлаки черной металлургии ....................................... 147 
3.5.1.3. Электротермофосфорные гранулированные шлаки 
....................... 148 
3.5.1.4. Топливные гранулированные шлаки ............................................... 148 
3.5.2. Шлакопортландцемент ........................................................................... 148 
3.5.3. Сульфатно-шлаковые цементы 
.............................................................. 153 
3.5.4. Известково-шлаковое вяжущее ............................................................. 155 
3.5.5. Шлаковые вяжущие вещества для бетонов автоклавного  
твердения 
............................................................................................................ 157 
3.5.6. Шлакощелочные вяжущие ..................................................................... 159 
3.6. Известково-белитовое (нефелиновое) вяжущее ................................... 159 
3.7. Глиноземистый цемент и его разновидности ....................................... 160 
 
4 

3.7.1. Технология производства глиноземистого цемента 
............................ 160 
3.7.2. Характеристика глиноземистого цемента ............................................ 163 
3.7.3. Расширяющиеся и напрягающие цементы ........................................... 165 
3.8. Кислотоупорный цемент 
........................................................................... 169 
3.9. Вяжущие автоклавного твердения ......................................................... 170 
3.10. Цементы низкотемпературного обжига .............................................. 171 
3.10.1. Алинитовый цемент .............................................................................. 171 
3.10.2. Бесалит ................................................................................................... 172 
3.10.3. Сульфоалюминатно-сульфосиликатный цемент ............................... 172 
3.11. Фосфатные цементы 
................................................................................ 173 
3.12. Серные цементы 
....................................................................................... 174 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................................................................................... 175 
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ............................................................ 176 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5 

ВВЕДЕНИЕ 
 
Современные неорганические вяжущие вещества отличаются разнообразием и имеют широкое промышленное применение. Кроме традиционной области – строительства – они нашли применение в медицине, сельском хозяйстве, 
декоративно-прикладных видах искусства.  
Применяя неорганические вяжущие вещества, можно получать разнообразные материалы и изделия практически любой конфигурации и размеров. Это 
особенно важно, поскольку в настоящее время существенно возросли требования к качеству возведения жилых, общественных, производственных зданий и 
сооружений. Охрана окружающей среды требует применения безопасных строительных материалов, которые, в то же время, должны быть долговечны, 
надежно противостоять атмосферным воздействиям и соответствовать современному дизайну. В этой связи обостряется необходимость не только в развитии 
известных технологий, но и в поиске принципиально новых путей производства 
неорганических вяжущих веществ, расширении сырьевой базы с возможностью 
утилизации промышленных отходов. С увеличением темпов нового строительства, активного проведения реставрационных работ возникает потребность в 
увеличении ассортимента неорганических вяжущих веществ. Прежде всего, 
необходимы различные виды цемента. Нужны также вяжущие вещества на основе извести, позволяющие получать строительные материалы с принципиально 
новыми физико-химическими и физико-механическими характеристиками. 
Наряду с производством цементов и извести у специалистов вызывает 
большой научный и практический интерес производство гипсовых вяжущих веществ. Получение этих неорганических вяжущих имеет ряд преимуществ: доступность и невысокая стоимость сырья, низкие энергетические затраты, экономичность, экологическая безопасность, и все это – при быстрых сроках твердения. На основе гипсовых вяжущих веществ возможно получение долговечных 
изделий с высокими декоративно-художественными качествами.  
В настоящей монографии обобщен накопленный десятилетиями опыт и новый материал о сырье и технологических особенностях получения неорганических вяжущих веществ.  
Надеемся, что книга окажет практическую помощь работникам научноисследовательских, проектно-конструкторских организаций и промышленных 
предприятий, будет способствовать созданию новых производств по выпуску 
разнообразных неорганических вяжущих веществ, строительных изделий на их 
основе.  
 
 
 
 
 
 
 
 
6 

1. КЛАССИФИКАЦИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ 
ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ 
 
Неорганические вяжущие вещества – порошкообразные материалы, образующие при смешивании с водой, растворами солей или кислот пластичное тесто, затвердевающее со временем в камневидное прочное тело [7, 23, 40]. 
По области применения различают вяжущие материалы: воздушные, гидравлические, кислотоупорные и автоклавного твердения [2, 7, 35, 40–42]. 
Воздушные вяжущие вещества при затворении водой или водными растворами некоторых солей схватываются, твердеют и превращаются в камень только 
на воздухе. Образовавшийся камень длительное время сохраняет свою прочность только в воздушной среде. Такие материалы применяют лишь в надземных 
сооружениях, не подвергающихся воздействию воды. К этой группе относятся: 
воздушная известь, гипсовые и магнезиальные вяжущие материалы. 
Гидравлические вяжущие вещества при затворении водой схватываются, 
твердеют и превращаются в камень не только на воздухе, но и в воде. Образовавшийся камень длительное время сохраняет свою прочность как на воздухе, так и 
в водной среде. 
Гидравлические вяжущие вещества можно разделить на две подгруппы. 
К первой подгруппе относятся гидравлические вяжущие, получаемые обжигом горных пород и состоящие из углекислого кальция и глины, не содержащие или содержащие не более 10–15 мас. % активных минеральных добавок. В 
эту подгруппу входят: гидравлическая известь; романцемент; глиноземистый цемент; портландцемент и его разновидности (быстротвердеющий, особо быстротвердеющий, сульфатостойкий, гидрофобный, пластифицированный, расширяющийся, безусадочный, жароупорный, белый, цветной, тампонажный, портландцемент для асбестоцементных изделий и др.). 
Ко второй подгруппе относятся смешанные гидравлические вяжущие, получаемые смешением чистых вяжущих друг с другом, а также отдельных вяжущих или их смесей с активными минеральными добавками (более 10–15 мас. %). 
Основными видами этой подгруппы являются: на основе портландцемента – 
шлаковый портландцемент, пуццолановый портландцемент, цемент для строительных растворов и др.; на основе воздушной и гидравлической извести – известково-пуццолановый, известково-шлаковый, известково-белитовый (нефелиновый) цемент, известково-кварцевые вяжущие для бетонов автоклавного 
твердения и др.; на основе глиноземистого и портландцемента, а также гипсового вяжущего – расширяющийся и безусадочный цемент; на основе гипсового 
вяжущего, портландцемента и активных минеральных добавок – гипсоцементнопуццолановые вяжущие и др.; на основе доменных гранулированных шлаков 
и гипсового вяжущего – сульфатно-шлаковый цемент. 
Вяжущие автоклавного твердения включают в себя известково-кварцевое 
вяжущее, а также известково-шлаковые и другие смеси, не способные к интенсивному твердению при 20–25 °С. Эти вяжущие хорошо твердеют при автоклав7 

ной обработке при давлении насыщенного водяного пара 0,8–1,5 МПа и температуре 174,5–216 °С.  
К специальным вяжущим относится кварцевый кремнефтористый цемент, 
представляющий собой тонкомолотую смесь кварцевого песка и кремнефтористого натрия, затворяемую водным раствором силиката натрия, калия или фосфатными связками, представляющими собой затворяемые фосфорной кислотой 
оксиды металлов. Эти вяжущие после начального твердения в воздушной среде 
могут длительное время сопротивляться агрессивному воздействию неорганических и органических кислот, кроме фтористоводородной. 
Исходными материалами для производства неорганических вяжущих веществ служат различные горные породы и побочные продукты металлургической, энергетической, химической промышленности. Так, для производства гипсовых вяжущих используются гипсовые породы, состоящие в основном из 
двуводного гипса, а также фосфогипс, являющийся отходом производства фосфорных удобрений. 
Производство магнезиальных вяжущих базируется на использовании природных магнезитов и доломитов. Карбонатные горные породы в виде известняков, мела, доломитов, мергелей – основа для получения воздушной и гидравлической извести, а также романцемента.  
Сырьем для цемента являются известняки, мел, глинистые породы. Для цементного производства используют кремнеземистые породы – диатомит, трепел, 
опоку, вулканические туф и трасс. Высокоглиноземистые породы (бокситы) применяют в производстве глиноземистого цемента.  
В производстве цемента широко используются побочные продукты других 
отраслей промышленности, такие как металлургические шлаки, шлаки и золы от 
сжигания различных видов топлива, шлаки электротермического способа производства фосфора, белитовый (нефелиновый) шлам и т. п. Все эти продукты по 
химическому составу близки к вяжущим веществам и обладают значительным 
запасом химической энергии, полученной во время их тепловой обработки в основном производстве. Это предопределяет их высокую эффективность использования в промышленности вяжущих веществ [7, 8, 13]. 
С целью повысить технико-экономическую эффективность производства 
цементов и направленного регулирования свойств при помоле портландцементного и глиноземистого клинкера в них допускается введение добавок в виде неорганических или органических природных или искусственных материалов или 
их смесей [34, 37]. 
Добавки по степени влияния на свойства цемента и по назначению подразделяют: на компоненты вещественного состава (активные минеральные добавки), изменяющие наименование цементов и обладающие гидравлическими 
пуццоланическими свойствами (диатомиты, трепелы, вулканические породы, активные золы и шлаки); наполнители, улучшающие зерновой состав цементов и 
структуру затвердевшего камня, не обладающие или обладающие слабыми гидравлическими или пуццоланическими свойствами при нормальных условиях 
твердения (малоактивные золы, шлаки, известняки др.); технологические – интенсификаторы помола, уменьшающие продолжительность измельчения цемен8 

та; регулирующие основные свойства цемента: сроки схватывания, ускоряющие 
твердение, повышающие прочность, воздухововлекающие, регулирующие водоудерживающую способность, повышающие пластичность цементно-песчаных 
растворов (пластификаторы), уменьшающие смачивание водой поверхности частиц цемента (гидрофобизирующие добавки); регулирующие специальные свойства цементов: уменьшающие тепловыделение, регулирующие объемные деформации, повышающие коррозионную устойчивость, красящие и декоративные 
свойства, стабилизирующие (предупреждающие расслоение растворных и бетонных смесей), кольматирующие поры, повышающие термостойкость. 
Многие из добавок характеризуются полифункциональным действием на 
вяжущие вещества, бетонные смеси и бетоны [37]. Например, сульфитно-спиртовая барда (ССБ) и сульфитно-дрожжевая бражка (СДБ) оказывают не только 
пластифицирующее влияние на бетонные смеси, но и одновременно замедляют 
их твердение. Последнее явление преодолевается вводом в смеси одновременно 
добавок – ускорителей твердения. В связи с этим многие вещества используют 
совместно для достижения оптимального эффекта в регулировании различных 
свойств бетонных смесей и бетонов. Введение каждой добавки в цементы, бетонные смеси отдельно усложняет технологию. Существуют комплексные порошкообразные водорастворимые добавки, пластифицирующие бетонные смеси, повышающие морозостойкость и конечную прочность бетона, ускоряющие его 
твердение. Применение этих добавок в рациональном количестве способствует 
экономии цемента, повышению прочности и долговечности бетонов [16, 37]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9 

2. ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА  
ВОЗДУШНОГО ТВЕРДЕНИЯ 
 
2.1. Гипсовые вяжущие вещества  
и сырьевые материалы для их производства 
 
Гипсовые вяжущие вещества – материалы, состоящие из полуводного 
гипса или ангидрита и получаемые обычно тепловой обработкой исходного сырья и его помолом [11, 12].  
Низкообжиговые гипсовые вяжущие получают тепловой обработкой при 
температурах 140–180 °С; они состоят из полуводного гипса CaSO4 ⋅ 0,5H2O и 
характеризуются быстрым твердением. К ним относятся обычное гипсовое вяжущее вещество ȕ-модификации, гипсовое вяжущее α -модификации, а также 
вяжущее, получаемое без термообработки тонким измельчением двуводного 
гипса с активизаторами твердения.  
Высокообжиговые гипсовые вяжущие получают при температурах  
600–950 °С. Они состоят из безводного сульфата кальция – ангидрита и медленно твердеют. К ним относятся ангидритовый цемент и высокообжиговый 
гипс. К гипсовым вяжущим веществам относятся также и смешанные композиции, основной составляющей которых является полуводный гипс, а дополнительными составляющими – известь, цемент, измельченные гранулированные 
доменные шлаки. В зависимости от вида дополнительной составляющей различают гипсоизвестковые, гипсоцементные, гипсошлаковые и другие вяжущие. 
Сырьем для производства гипсовых вяжущих веществ служат природный 
двуводный гипс, ангидрит, глиногипс, отходы промышленности, состоящие из 
двуводного, полуводного или безводного сернокислого кальция или их смеси 
(фосфогипс, борогипс и др.). 
Природный двуводный гипс – горная порода осадочного происхождения, 
сложенная кристаллами сернокислого кальция CaSO4 ⋅ 2H2O. Чистый гипс белого цвета, примеси придают ему различные оттенки. Наиболее чистую разновидность зернистого гипса, напоминающую по внешнему виду мрамор, называют алебастром. В качестве примесей природный гипс содержит песок, глину, 
известняк, битуминозные вещества и др. 
Гипсовый камень для производства гипсовых вяжущих веществ должен 
содержать не менее 95 мас. % двуводного гипса в сырье 1-го сорта, не менее  
90 мас. % в сырье 2-го сорта и не менее 80 и 70 мас. % в сырье 3-го и 4-го сортов 
соответственно. Средняя плотность гипсового камня составляет 2200–2400 кг/м3, 
твердость по шкале Мооса – 1,5. 
Природный ангидрит – горная порода осадочного происхождения, состоящая из минерала – безводного сернокислого кальция 
4
CaSO . Ангидрит – порода 
более плотная и прочная, чем гипсовый камень. Чистый ангидрит белого цвета, 
но в зависимости от примесей имеет различные оттенки. 
10