Berdiyarov uktam introduction

CEMENT  

BERDIYAROV UKTAM 

INTRODUCTION 

History 

  

Lime  and  clay  have  been  used  as 

cementing  material  on  constructions 

through many centuries. 

 

 

Romans  are  commonly  given  the  credit 

for  the  development  of  hydraulic  cement, 

the  most  significant  incorporation  of  the 

Roman’s  was  the  use  of  pozzolan-lime 

cement  by  mixing  volcanic  ash  from  the 

Mt. Vesuvius with lime.   

Best  know  surviving  example  is  the 

Pantheon in Rome 

 

 

In  1824  Joseph  Aspdin  from  England 

invented the Portland cement 

(http://www.holcim.com/NZ/EN/id/71772/mod/gnm20/page/editorial.htm) 

(http://pubs.usgs.gov/of/2005/1152/2005-1152.pdf) 

http://www.artchive.com/artchive/r/roman/roman_pantheon.jpg 

3 

Cements  are  considered  hydraulic  because  of  their  ability  to  set  and  harden 

under  or  with  excess  water  through  the  hydration  of  the  cement’s  chemical 

compounds or minerals 

 

There are two types: 

 

 

Those that activate with the addition of water 

 

 

And pozzolanic that develop hydraulic properties when the interact 

 

 

with hydrated lime Ca(OH)

2  

 

Pozzolanic:  any  siliceous  material  that  develops  hydraulic  cementitious  properties  when 

interacted with hydrated lime.  

 

HYDRAULIC CEMENTS: 

Hydraulic lime: Only used in specialized mortars. Made from calcination of clay-

rich limestones.  

 

Natural  cements:  Misleadingly  called  Roman.  It  is  made  from  argillaceous 

limestones  or  interbedded  limestone  and  clay  or  shale,  with  few  raw  materials. 

Because they were found to be inferior to portland, most plants switched.  

(http://pubs.usgs.gov/of/2005/1152/2005-1152.pdf) 

 

Types of Cement  

 

4 

Portland cement: Artificial cement. Made by the mixing clinker with gypsum 

in a 95:5 ratio.  

 

Portland-limestone  cements:  Large  amounts  (6%  to  35%)  of  ground 

limestone have been added as a filler to a portland cement base.  

 

Blended  cements:  Mix  of  portland  cement  with  one  or  more  SCM 

(supplementary cemetitious materials) like pozzolanic additives. 

 

Pozzolan-lime cements: Original Roman cements. Only a small quantity is 

manufactured in the U.S.  Mix of pozzolans with lime.  

 

Masonry cements: Portland cement where other materials have been added 

primarily to impart plasticity.  

 

Aluminous  cements:  Limestones  and  bauxite  are  the  main  raw  materials. 

Used  for  refractory  applications  (such  as  cementing  furnace  bricks)  and  certain 

applications where rapid hardening is required. It is more expensive than portland. 

There is only one producing facility in the U.S.  

(http://

pubs.usgs.gov/of/2005/1152/2005-1152.pdf

) 

(Macfadyen, 2006).  

 

5 

GEOLOGY (RAW MATERIALS) 

The fundamental chemical compounds to produce cement clinker are:  

Lime (CaO)  

Silica (SiO

2

) 

Alumina (Al

2

O

3

)  

Iron Oxide (Fe

2

O

3

) 

(Macfadyen, 2006) 

(Hoffman, 2006) 

Fly ash: by-product of burning finely grounded coal either for industrial application or in 

the production of electricity 

Raw materials used in the production of clinker cement 

6 

Clinker compounds in Type I portland cement  

(Macfadyen, 2006) 

www.recycleworks.org/images/flyash_concrete.gif 

7 

 

Sedimentary deposits of marine origin (limestone) 

Marble (metamorphosed limestone) 

Chalk 

Marl 

Coral 

Aragonite 

Oyster and clam shells 

Travertine 

Tuff 

 

LIMESTONES 

Originate from the biological deposition of shells and skeletons of plants and animals.  

 

Massive beds accumulated over millions of years.  

 

In the cement industry limestone includes calcium carbonate and magnesium carbonate. 

Most industrial quality limestones is of biological origin. 

 

 

The  ideal  cement  rock  77  to  78%  CaCO3,  14%  SiO2,  2.5%  Al2O3,  and  1.75%  FeO3. 

Limestone  with  lower  content  of  CaCO3  and  higher  content  of  alkalis  and  magnesia 

requires blending with high grade limestone  

(Macfadyen, 2006) 

(Kussmaul, 2003) 

http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Limestoneshale7342.jpg 

SOURCES OF CaCO

3 

8 

Argillaceous mineral resources:  

Clay and shale for alumina and silica 

Iron ore for iron 

 

 

 

 

 

Other natural sources of silica are and alumina are: 

 

Loess, silt, sandstone, volcanic ash, diaspore, diatomite, bauxite 

 

 

 

 

Shales,  mudstones,  and  sandstones  are  typically  interbedded  with  the 

limestone and were deposited as the inland waters and oceans covered the 

land masses. Clays are typically younger surface deposits  

 

 

SOURCES OF ARGILLACEOUS MINERALS

 

(Macfadyen, 2006) 

http://en.wikipedia.org/wiki/Image:ShaleUSGOV.jpg 

9 

MARKETING 

 

Wide distribution of plants minimizes the 

cost to customers.  

 

In any market even though cement must 

meet certain specifications there are other 

factors that dominate, such as: 

Delivered cost 

Quality 

Product consistency 

Technical assistance and 

Sales relationship with the user 

companies 

 

 

Factors that drive the consumption of 

cement in the marketplace 

 

Economic growth 

Private and governmental capital 

investment 

Population growth  

(Macfadyen, 

2006

) 

10 

Limestone deposits are mainly extracted by bench mining 

in which holes are charged with ammonium nitrate and 

fuel oil explosive and blasted  

 

The rock is excavated with front end loaders (10 m

3

 

capacity) and loaded into 70 to 90 tons haul trucks and 

then transported to the primary crusher  

 

Marl and chalk normally do not require blasting.  

 

A trend is to use in pit moveable primary crushers and 

belt conveyors to transport the rock to a fixed secondary 

crusher, thereby reducing the number of trucks and 

haulage distance  

 

Underground mining of limestones is not typical, in the 

U.S one plant obtains its limestone from underground 

operation, using room and pillar mining method. 

 

Clay and shale normally extracted using front end loaders 

and loaded into haul trucks.  

 

When they occur as overburden the clays and shales not 

used are stored and often reused for reclamation in the 

mined out areas of the quarry 

MINING METHODS  

(Macfadye, 2006) 

http://www.heta4.com/imagesandgraphics/images/frontendloader.gif 

 

11 

PROCESSING 

12 

(Macfadyen, 2006) 

13 

Uses  

 

Main use is in the fabrication of concrete and mortars 

 

Modern uses  

Building (floors, beams, columns, roofing, piles, bricks, mortar, panels, plaster) 

Transport (roads, pathways, crossings, bridges, viaducts, tunnels, parking, etc.) 

Water (pipes, drains, canals, dams, tanks, pools, etc.) 

Civil (piers, docks, retaining walls, silos, warehousing, poles, pylons, fencing)  

Agriculture (buildings, processing, housing, irrigation)  

USES  

(http://pubs.usgs.gov/of/2005/1152/2005-1152.pdf) 

(http://www.holcim.com/NZ/EN/id/71772/mod/gnm20/page/editorial.

html) 

(http://en.wikipedia.org/wiki/Mortar_%28masonry%29)  

http://www.wpclipart.com/working/construction/concrete_block.png 

http://irandaily.ir/1383/2116/html/005991.jpg 

 

 

 

 

14 

SUBSTITUTES 

 

It competes in the construction industry with concrete substitutes: 

Alumina 

Asphalt 

Clay brick 

Fiberglass 

Glass 

Steel 

Stone Wood 

 

 

 

Some materials like fly ash and ground granulated furnace slugs have 

good hydraulic properties and are being used as partial substitutes for 

portland cement in some concrete applications  

(http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/cement/cemenmcs07.pdf) 

 

15 

PRODUCTION 

http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/cement/cemenmcs06.pdf 

Data in thousand metric tons  

16 

http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/cement/cemenmcs07.pdf 

17 

World production of hydraulic cement by region 

(http://pubs.usgs.gov/of/2005/1152/2005-1152.pdf). 

18 

U.S production and consumption of portland cement 

(http://pubs.usgs.gov/of/2005/1152/2005-1152.pdf) 

 

19 

RESOURCES

  

 

Although individual company reserves are subject to 

exhaustion, cement raw materials (especially limestone) are 

widespread and abundant, and overall shortages are unlikely 

in the future  

(http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/cement/cemenmcs07.pdf)  

20