Номер 3, страница 197 - гдз по химии 9 класс учебник Шиманович, Василевская

3. Что такое цемент, как его получают в промышленности и где он используется?

Что такое цемент

Цемент – это искусственное неорганическое гидравлическое вяжущее вещество, представляющее собой мелкодисперсный порошок. При смешивании с водой или другими жидкостями цемент образует пластичную массу (цементное тесто), которая со временем затвердевает и превращается в прочный камневидный материал. Это свойство позволяет использовать его для скрепления различных строительных элементов.

Самым распространенным видом цемента является портландцемент. Он состоит в основном из клинкера, который является продуктом обжига до спекания сырьевой смеси, состоящей из известняка ($CaCO_3$) и глины (содержащей диоксид кремния $SiO_2$, оксид алюминия $Al_2O_3$ и оксид железа $Fe_2O_3$). Основные минералы портландцементного клинкера: алит (трехкальциевый силикат, $3CaO \cdot SiO_2$ или $C_3S$), который обеспечивает быстрый набор прочности; белит (двухкальциевый силикат, $2CaO \cdot SiO_2$ или $C_2S$), отвечающий за долговременный набор прочности; трехкальциевый алюминат ($3CaO \cdot Al_2O_3$ или $C_3A$), влияющий на начальное схватывание; и четырехкальциевый алюмоферрит ($4CaO \cdot Al_2O_3 \cdot Fe_2O_3$ или $C_4AF$).

Для регулирования скорости схватывания в состав цемента при помоле клинкера вводят небольшое количество гипса ($CaSO_4 \cdot 2H_2O$).

Ответ: Цемент – это порошкообразное гидравлическое вяжущее вещество, которое при взаимодействии с водой затвердевает, образуя прочный искусственный камень. В основном он состоит из измельченного клинкера (продукта обжига известняка и глины) с добавлением гипса.

Как его получают в промышленности

Промышленное производство цемента (на примере портландцемента) включает три основных этапа.

1. Добыча и подготовка сырья. Основное сырье – известняк (около 75%) и глина (около 25%) – добывают в карьерах. Затем сырьевые материалы измельчают и тщательно перемешивают в заданных пропорциях для получения сырьевой смеси, называемой шихтой. Существует два основных способа подготовки шихты: сухой (компоненты измельчаются и смешиваются в сухом виде) и мокрый (помол и смешивание происходят с добавлением воды, в результате чего образуется суспензия – шлам). Сухой способ является более современным и энергоэффективным.

2. Обжиг сырьевой смеси. Подготовленная шихта поступает во вращающуюся печь – длинный (до 200 м) стальной цилиндр, установленный под небольшим углом. Шихта медленно движется от верхнего конца печи к нижнему, где установлена форсунка для сжигания топлива. По мере продвижения материал нагревается до температуры около $1450 \text{ °C}$. В печи происходят сложные физико-химические процессы: сначала испаряется вода, затем происходит разложение известняка (декарбонизация): $CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2$. При максимальной температуре оксид кальция $CaO$ вступает в реакцию с оксидами кремния, алюминия и железа, содержащимися в глине. В результате образуются спекшиеся гранулы – цементный клинкер.

3. Помол клинкера. Горячий клинкер на выходе из печи быстро охлаждается. Затем его измельчают в специальных шаровых мельницах до состояния тонкого порошка. На этом этапе в клинкер добавляют небольшое количество (3-5%) гипса для регулирования времени схватывания готового цемента. Полученный продукт и есть цемент, который затем упаковывается и отправляется потребителям.

Ответ: Цемент получают путем тонкого измельчения клинкера и гипса. Клинкер производят путем обжига до спекания при температуре около $1450 \text{ °C}$ тщательно подготовленной сырьевой смеси, состоящей в основном из известняка и глины.

Где он используется

Цемент является одним из самых важных и широко используемых строительных материалов в мире. Самостоятельно он практически не применяется; его основное назначение – служить вяжущим компонентом для приготовления строительных растворов и бетонов.

Основными областями применения цемента являются:

Производство бетона. Бетон – это композитный материал, получаемый путем смешивания цемента, воды и заполнителей (песка, щебня, гравия). Цементное тесто обволакивает зерна заполнителей и, затвердевая, связывает их в единый монолит. Бетон используется для возведения фундаментов, стен, перекрытий, колонн, балок, а также в строительстве мостов, плотин, дорог, аэродромных покрытий и многих других конструкций.

Производство строительных растворов. Раствор представляет собой смесь цемента, песка и воды. Он используется для кладки кирпича, камня и блоков (кладочный раствор), для выравнивания поверхностей стен и потолков (штукатурный раствор), а также для устройства стяжек полов.

Другие области применения. Цемент также используется для производства железобетонных изделий (ЖБИ) – плит, панелей, свай, труб и т.д. Существуют специальные виды цемента: тампонажный цемент для крепления нефтяных и газовых скважин, белый цемент для декоративных и отделочных работ, быстротвердеющий цемент для срочных ремонтных работ, сульфатостойкий цемент для конструкций, работающих в агрессивных средах.

Ответ: Цемент используется в основном в качестве вяжущего вещества для производства бетона и строительных растворов. Бетон и растворы на основе цемента являются основой современного строительства и применяются для возведения зданий, инженерных сооружений (мостов, дорог, плотин), производства сборных железобетонных конструкций и для отделочных работ.