Применение глиноземистого цемента

Глиноземистый цемент: производство, свойства, применение.

Глиноземистыйцемент представляет собой гидравлическое быстротвердеющее вяжущее вещество, получаемое измельчением глиноземистого клинкера. Клинкер получают из обожженной до плавления или спекания смеси, состоящей из бокситов и известняков.

Глиноземистый цемент в строительстве применяют в чистом виде или в качестве компонента для изготовления расширяющихся, жаростойких и других вяжущих.

Химический состав глиноземистого цемента характеризуется содержанием в нем главных оксидов, %: алюминия (глинозем Al2O3)– 30–50, кальция (СаО) – 35–45, кремния (кремнезем SiO2) – 5–15, железа (Fe2O3) – 5–15; небольшого количества в виде примесей других оксидов: титана (TiO2) – 1,5–2,5, магния (MgO) – 0,5–1,5, серного ангидрида (SO3) – 0,1–1, щелочных металлов (Na2O + K2O) – до 1.

Минералогический состав глиноземистого цемента характеризуется содержанием в нем соединений однокальциевого алюмината СаО×Al2O3 (СА), однокальциевого двухалюмината СаО×2Al2O3 (СА2), пятикальциевого трехалюмината 5СаО×3Al2O3 (С5А3), геленита 2СаО×Al2O3×SiO2 (С2АS), двухкальциевого силиката b-2СаО×SiO2 (b-С2S).

Основным минералом глиноземистого цемента, определяющим его свойства, является СА. Он образует твердые растворы с однокальциевым ферритом до 15 % и оксидом железа – до 10 %. При твердении дает камень высокой прочности. Минерал С5А3 быстро схватывается и твердеет, СА2 медленно твердеет, но имеет высокую конечную прочность.

Сырьем для изготовления глиноземистого цемента являются известняки CaCO3 и бокситы Al2O3×nH2O. Могут применяться алюминиевые шлаки и обожженные высокоглиноземистые глины. Изготавливают глиноземистый цемент двумя способами: спеканием или плавлением сырьевой смеси.

По способу спекания во вращающихся или шахтных печах производится обжиг тонкоизмельченной сырьевой смеси боксита и известняка. При температуре около 1300 °С образуется глиноземистый клинкер.

По способу плавления в доменных печах одновременно получают чугун и глиноземистый шлак. Печь загружают железистым бокситом, известняком, металлическим ломом и коксом. Расплавленные чугун и шлак периодически выпускают. Температура шлака составляет 1600–1700 °С. Охлажденный шлак является клинкером глиноземистого цемента.

Истинная плотность глиноземистого цемента составляет 3,1–3,3 г/см3, насыпная плотность в рыхлонасыпанном состоянии – 1000–1300, в уплотненном – 1600–1800 кг/м3, водопотребность – 23–28 %. Начало схватывания должно наступать не ранее 45 мин, конец – не позже 12 ч. Ускорителями служат Ca(OH)2, Na2CO3, CaSO4, портландцемент, замедлителями – NaCl, CaCl2, KCl, винная кислота и др.

Этот цемент при твердении быстро набирает прочность. Через 10—15 ч она составляет 15–20 МПа, через сутки – 80—90 % от марочной. Марки цемента, определяемые в возрасте 3 суток, – 400, 500 и 600. Через 10–20 лет он приобретает прочность, превышающую марочную на 50–60 %.

Глиноземистый цемент интенсивно твердеет при пониженных температурах. Так, при 0 °С через трое суток прочность его составляет 50 % от марочной. Это объясняется повышенной экзотермией в начальный период. Пропаривание и автоклавная обработка понижают его прочность.

Бетоны на глиноземистом цементе по сравнению с бетонами на портландцементе имеют повышенную водостойкость. Жаростойкость их очень высокая и составляет 1200—1600 °С. Объясняется это отсутствием в цементном камне гидроксида кальция. Они также имеют более высокую водонепроницаемость, морозостойкость в связи с тем, что пористость цементного камня на глиноземистом цементе в 1,5 раза меньше пористости портландцементного камня.

Глиноземистый цемент рекомендуют применять для изготовления жаростойких, морозостойких и водонепроницаемых бетонов, при выполнении аварийных и ремонтных работ. Ограничивает его применение высокая стоимость, превышающая стоимость портландцемента в 5–6 раз.

48.Глиноземистый цемент: сырье, производство, свойства и применение в строительстве.

Глиноземистый цемент должен иметь тонкость помола, характеризуемую остатком на сите № 008 не более 10 %, Марки глиноземистого цемента, определяемые по ГОСТ 310.4—81, через 3 сут 400, 500, 600. Сроки схватывания глиноземистого цемента: начало—не ранее 30 мин, конец — не позднее 12 ч.

Бетоны на глиноземистом цементе морозостойки и более стойки по сравнению с портландцементом против выщелачивающей коррозии, а также к растворам сульфата кальция и магния, морской и болотной воде, растворам сахара, животным и растительным маслам. Однако глиноземистый цемент быстро разрушается даже слабыми растворами солей аммония и щелочей. Его нельзя применять в щелочных средах и смешивать с известью или портландцементом.

Учитывая дефицитность сырья (бокситов,) и значительную стоимость глиноземистого цемента, его выпускают в сравнительно небольших количествах (менее I % от общего выпуска цемента), а применяют при возведении бетонных конструкций, которые необходимо быстро ввести в эксплуатацию, для срочных аварийных и ремонтных работ, а также для тампонирования нефтяных и газовых скважин, футеровки шахтных колодцев и туннелей и т. п.

На основе глиноземистого цемента в смеси с жаростойкими заполнителями изготовляют бетоны, которые хорошо сопротивляются действию высоких температур (1000°С и выше). Глиноземистый цемент используют также для получения расширяющихся цементов.

Глиноземистый цемент — быстротвердеющее, нормально схватывающееся вяжущее вещество, получаемое тонким измельчением обожженной до сплавления (t =1500-1600° С) или спекания (t=1250° С) смеси бокситов и извести (известняка) с преобладанием в готовом продукте алюминатов кальция.

Основным минералом глиноземистого цемента является однокальциевый алюминат СаО*Аl203. Для производства глиноземистого цемента способом спекания тонкоизмельченная и тщательно перемешанная сырьевая смесь боксита и известняка обжигается в шахтных или вращающихся печах.

Этот цемент выпускается трех марок 400, 500 и 600. При твердении глиноземистого цемента в короткий промежуток времени выделяется большое количество теплоты.(376 кДж/кг). Это приводит к значительному повышению температуры камня и может быть полезным при ведении работ в зимнее. Однако сильное повышение температуры в бетонных массивах вызывает трещинообразование. Плотность глиноземистого цемента 3100—3300 кг/м3, насыпная объемная масса в рыхлом состоянии 1000—1300 кг/м3.

Бетоны на глиноземистом цементе водостойки, воздухостойки, морозостойки. Применяется глиноземистый цемент при скоростном строительстве, аварийных работах, зимнем бетонировании. Высокая жаростойкость глиноземистого цемента, позволяет изготавливать бетоны, успешно работающие при t до 1700°С. В минеральном составе клинкера глиноземистых цементов преобладает однокальциевый алюминат (20- 30%), определяющий основные свойства вяжущего: СаО• Аl2О3 (СА) Кроме того, в нем присутствуют алюминаты СА2, С12А7; двухкальциевый силикат C2S

Бетоны и растворы на основе портландцемента общего назначения имеют вредную особенность уменьшаться в объеме. При этом строительный материал может давать усадку до 3% объема и до 4 мм на 1 метре поверхности.

Если при возведении конструкций общего назначения подобное поведение бетона допустимо, то при возведении сооружений специального назначения, даже небольшая усадка недопустимо. Более того, в некоторых случаях требуется увеличение объема материала. Способностью при наборе прочности увеличиваться в объеме обладает цемент гипсоглиноземистый, и соответственно бетоны и растворы на его основе.

Характеристики

Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент представляет собой разновидность глиноземистого цемента. В состав вяжущего этого типа входит тонкоизмельченный гипсовый камень (30%)и глиноземистый доменный шлак (70%).

Технические характеристики данного материала регламентированы нормативным документом – цемент гипсоглиноземистый расширяющийся ГОСТ 11052 74, и представлены в следующей таблице:

Характеристика в соответствии с ГОСТ 11052-74 Допустимые значения в соответствии с ГОСТ 11052-74
Прочность на сжатие через 72 часа после затворения 275 кгс/см2
Начало схватывания после затворения Не ранее 15 минут и не позднее 4 часов
Изменение объема при наборе прочности в воде в течение 28 суток Равномерное
Линейное расширение через 72 часа после затворения Не менее 0,1% не более 0,7%.
Фильтрация воды при избыточном давлении 10 кгс/см2 через 24 после затворения 0
Гарантийный срок с момента отгрузки потребителю 60 суток

Сфера применения

Область применения данного материала определяется его уникальными техническими характеристиками. Гипсоглиноземистый цемент используется для изготовления безусадочных водонепроницаемых расширяющихся бетонов, растворов и гидроизоляционных обмазок.

  • Метростроение: заделка швов между бетонными конструкциями, гидроизоляция, ремонт и усиление старых конструкций.
  • Гражданское и промышленное строительство: гидроизоляция фундаментов, возведение бетонных емкостей, заделка швов и раструбов канализационных и водопроводных коллекторов эксплуатирующихся под избыточном давлении до 10 кгс/см2.
  • В муниципальном хозяйстве: гидроизоляция очистных сооружений, заделка швов, ликвидация аварийных ситуаций, ремонтные работы конструкций и помещений, работающих в условиях повышенной влажности.

Строительные характеристики и особенности

  • Бетон на гипсоглиноземистом расширяющемся цементе набирает прочность в условиях сильного увлажнения в течение 3-7 суток после затворения. Это обязательное условие применения связующего этого вида.
  • Изделия из гипсоглиноземистого цемента допускают пропарку при температуре не более 100 градусов Цельсия.
  • Прочность бетона при аналогичных соотношениях компонентов, соответствует материалу, приготовленному на основе портландцемента ЦЕМ I 32,5Н ПЦ (М400) или ЦЕМ I 42,5Н ПЦ (М500).
  • Адгезия бетона на гипсоглиноземистом цементе в бетонам на основе других типов связующего – отличное.
  • Стойкость к сульфидно-сульфатной воде отличная.
  • Огнестойкость выше, чем у портландцемента.
  • Гипсоглиноземистый цемент является преимущественным при омоноличивании массивных ЖБИ и замоноличивании анкерных шпилек и болтов.

Инструкция по приготовлению растворов

Пример приготовления тяжелого расширяющегося бетона для строительства монолитной поземной конструкции столичного метрополитена. Расход компонентов на 1 м3 раствора:

  • Цемент гипсоглиноземистый: 525 кг.
  • Песок карьерный:645 кг.
  • Щебень гранитный: 1055 кг.
  • Вода: 200 л.

Соответственно пропорции компонентов для расчета меньшего количества материала:1 часть цемента, 1,23 части песка, 2 части щебня, 0,4 части затворителя. Практические рекомендации:

  • Для замешивания бетона на гипсоглиноземистом цементе не допускается применение сточную и маркую воду, а также воду, с различными примесями (сахара, масло и пр.).
  • Учитывая способность такого бетона твердеть в течение короткого промежутка времени, следует каждые 2 часа очищать инструмент и технологического оборудование от остатков материала.
  • Чтобы получить долговечную конструкцию или сооружение придерживаются определенных правил ухода. Через 5-6 часов после заливки открытую поверхность бетона поливают водой. Через 48 часов производят разопалубку и поливают водой все сооружение. Все поверхности покрывают влажными матами, ветошью, рогожами, которые по мере высыхания поливают водой в течение 5-6 суток.

Производители гипсоглиноземистого цемента

В Российской Федерации на производстве расширяющегося цемента соответствующего ГОСТ 11052-74 специализируется предприятие ОАО Пашийский металлургическо-цементный завод, расположенный по адресу: Россия, Пермский край, Горнозаводский район, п. Пашия, ул. Свободы, строение №43.

Цена на цемент гипсоглиноземистый (средняя) на розничном рынке составляет 1400-1500 рублей за 1 мешок. Отгружается с завода в бумажных мешках массой 50 кг и контейнерах МКР-1,ОС.

В связи с небольшим гарантийным сроком годности гипсоглиноземистого цемента, высокой стоимостью и ограниченной областью применения, крупные партии материала принимаются к производству по индивидуальному заказу.

Высокоглиноземистый цемент, или просто ВГЦ

Высокоглиноземистый цемент (ВГЦ) — это высокопрочное быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, состоящее в основном из моно- и диалюминатов кальция (CaO*Al ), получаемый путем тонкого измельчения сырьевых составляющих шихты, ее последующего обжига во вращающейся печи при температуре 1450 С и тонкого измельчения полученного клинкера на струйной мельнице.

Исходными сырьевыми составляющими шихты являются: карбонат кальция по ТУ 113-03-00203789-23-94 и гидроксид алюминия по ТУ 1711-045-00196368-95. ОАО «Волховский Алюминиевый Завод» выпускает ВГЦ по ГОСТ 969-91 двух марок ВГЦ-1 и ВГЦ-2.

Минералогический состав, содержание CaO Al — 35-45%, ВГЦ применяется ровно в безукоризненном облике, таково и в качестве компонента расширяющихся, напрягающих, быстротвердеющих, огнеупорных и других специальных вяжущих веществ в металлургической, огнеупорной, цементной и др. отраслях промышленности.

ВГЦ может быть использован в качестве носителя катализаторов при конверсии ненасыщенных углеводородов. В заключительные годы ВГЦ получил размашистое применение в черной и цветной металлургии в составе жаропрочных бетонов и сухих жаропрочных каш, используемых в печах сталелитейной и сталепрокатной промышленности, туннельных печах, коксовых печах, котлах, сталеразливочных ковшах. Применение эдаких бетонов и смесей позволяет благодаря длинным теплоизоляционным свойствам экономить топливно-энергетические ресурсы за счет снижения теплопотерь, а так же в виду тонкой химической стойкости позволяет исключить химическое взаимодействие футеровки с растопленным металлом.

Высокая механическая прочность этих материалов, изрядный срок службы удешевляют производство, а быстроходный комплект прочности в ранние сроки твердения сокращает пора ремонтов. Жаростойкие бетоны и сухие смеси в сравнении со штучным огнеупорным материалом обеспечивают ускорение темпов строительства, снижение физических и трудозатрат.
Глиноземистый цемент представляет собой быстродействующий гидравлический вяжущий материал, который получают путем тонкого измельчения обожженной до спекания или сплавления богатой глиноземом сырьевой смеси. В качестве исходных материалов для получения глиноземного цемента используют известняк, известь или породы, с высоким содержанием глинозема (Al2O3). Химический состав такого цемента включает Al2O3 (минимум 35%), CaO (минимум 36%), SiO2 (2 — 4%) и Fe2О3 (10 — 14%). Внешние параметры глиноземистого цемента — это тонкий порошок серо-зеленого, коричневого или черного цвета.
По прочности на сжатие глиноземистые цементы подразделяются на две группы: цемент марки ГЦ-40 и марки ГЦ-50. Различаются они следующими параметрами: к концу первых суток прочность цемента марки ГЦ-40 составляет 22,5 МПа, а марки ГЦ-50 — 27,4 МПа. В возрасте 3-х суток прочность ГЦ-40 — 40 МПа, ГЦ-50 — 50 МПа.

Начало схватывания глиноземистых цементов происходит в возрасте не менее 45 минут, а конец схватывания — не позднее 10 часов. Глиноземистый цемент хорошо твердеют во влажной среде. При добавлении такого цемента в бетон, последний становится водонепроницаемым (его используют при контакте сооружений с пресной или сульфатной водой) и морозостойким, устойчивым к коррозии, что гарантирует полную сохранность арматуры.

Так же бетон с добавлением глиноземистого цемента может использоваться и для строительства в зимнее время (до -10C°) без дополнительного подогрева, т. к. при твердении такой бетон выделяет большое количество тепла за короткий промежуток времени. Благодаря тому, что глиноземистый цемент является быстротвердеющим, уже через 15 — 18 часов прочность его такова, что позволяет вводить сооружения в эксплуатацию.

Поэтому, несмотря на свою высокую стоимость этот цемент незаменим при срочных ремонтных и аварийных работах.
Глиноземистый цемент является одним из самых огнестойких цементов (его огнестойкость выше, чем у портландцемента). Он не теряет своих основных характеристик даже при эксплуатации в температурном режиме до 1700C°. В смеси с огнеупорными наполнителями, такими как магнезит, хромитовая руда, шамот, глиноземистый цемент используют для получения гидравлически твердеющих огнеупорных растворов и бетонов.

В основном глиноземистый цемент используют в промышленном строительстве, которое сопряжено с высокими температурами (например, в нагревательных устройствах, работающих в температурном режиме до 1300C°), агрессивными водными или газовыми средами (сульфатные воды, хлориды, серные соли, окись углерода, метан и т. д.). Он необходим для бетонных работ в зимнее время и для изготовления расширяющихся и безусадочных цементов.

Для аварийного и ремонтного строительства промышленных зданий и мостов, а так же для аварийной заделки пробоин в судах морского флота. Глиноземистый цемент используют и как компонент растворов и клеёв в строительной химии. Этот цемент подходит и для горнодобывающей промышленности, для постройки шахт, строительства подземных сооружений, для быстрого устройства фундаментов под машины и т. д.
Не исключен вариант применения глиноземистого цемента в срочных домашних ремонтных работах, т. к. этот цемент обладает коротким временем связывания и быстрое приращение механической выдержки. Здесь его используют для стройки каминов, облицовке печей, ремонта дымоходов и труб вентиляций. Так же он идет на подготовку полов, подоконников и притолок.
Глиноземистый цемент фасуют в мешки по 50 кг и в контейнерах (МКР-1 и ОС).

Основной компонент бетона и цементного раствора – глиноземистый цемент относится к цементам специального назначения. «Специальность» назначения «вяжущего» этого вида обусловлена свойствами, которыми обладает данный материал: очень быстрый набор марочной прочности на воздухе и в воде и относительно высокая прочность на сжатие.

Глиноземистый цемент и его характеристики

Область использования данного материала обуславливает свойство бетона или раствора на основе глиноземистого цемента достигать 100% марочной прочности в течение 72 часов после затворения водой. При этом схватывание материала протекает в «обычном» временном режиме, аналогично периоду схватывания портландцемента общего применения.

Нормативный документ ГОСТ 969-91 «Цементы глиноземистые и высокоглиноземистые» регламентирует следующие марки и технические характеристики специального «вяжущего»:

Технические характеристики Марка глиноземистого цемента ГОСТ 969-91
цемент глиноземистый гц 40 цемент глиноземистый ГЦ 50 цемент глиноземистый ГЦ 60
Предел прочности на сжатие в зависимости от времени затворения водой, МПа
24 часа 22,5 27,5 32,5
72 часа 40 50 60
Период схватывания при температуре 20°C и нормальной влажности воздуха
Начало 45 минут
Окончание 10 часов
Огнеупорность, °C Не регламентируется

В некоторых источниках можно встретить обозначение вяжущего, которое не соответствует Госту: Цемент глиноземистый марки 400, Цемент глиноземистый марки 500, Цемент глиноземистый марки 600. В этом случае предел прочности на сжатие бетона или раствора обозначается на МегаПаскалях, а в кгс/см2. Учитывая что 1 МПа=10 кгс/см2 это допустимо для неофициального пользования.

Также, в некоторых источниках сообщается, что глиноземистый цемент – это огнеупорный материал и бетон на его основе может выдерживать температуру окружающей среды от 1580 до 1750 °C. Это не совсем так.

Действительно, характеристики глиноземистого цемента по жаростойкости выше, чем у портландцемента общего применения, однако указанные выше температурные пределы жаростойкости, в соответствии с требованиями ГОСТ 969-90, справедливы для высокого глиноземистых цементов марок: ВГЦ I, ВГЦ II и ВГЦ III.

Особенности глиноземного цемента

  • Схватывание и набор прочности бетонных сооружений на основе вяжущего этого типа должно идти при температуре 20-0°C и высокой влажности воздуха. Это требование объясняется высокой экзотермической реакцией материала (при гидратации, глиноземистый цемент выделяет в 2 раза больше тепла, чем обычный цемент). При температуре окружающей среды 25 °C и выше наблюдается снижение нарастания набора прочности, а при дальнейшем увеличении температуры возможно существенное падение прочности и даже разрушение конструкции.
  • Большое количество тепла выделяемого материалом при схватывании и наборе прочности, обуславливают возможность ведения бетонных работ при температурах воздуха до минус 10°C без дополнительного подогрева.
  • Повышенная плотность цементного камня по сравнению с цементным камнем на основе портландцемента.
  • Высокая цена, выше на 3-4 порядка, чем цена обычного портландцемента.
  • Возведение сооружений, к которым предъявляются жесткие требования по минимальному периоду набора прочности.
  • Возведение гидротехнических и подземных объектов работающих в условиях повышенной «сульфатной» активности окружающей среды.
  • Тампонирование нефтяных и газовых скважин. Тампонирование растрескиваний в горных породах.
  • Заделка пробоин в кораблях гражданских судах.
  • Оперативное обустройство фундаментов для установки производственного оборудования: прессов, станков, кран-балок и т.п.
  • Ремонт зданий и мостовых переходов.
  • Производство сборных ЖБИ в качестве ускорителя набора прочности бетона.
  • Строительство емкостей работающих в условиях контакта с органическими кислотами, серой, соляными растворами и крахмала.
  • Срочные ремонтные работы: плотин, дорог, фундаментов и других бетонных сооружений.

Высокая цена глиноземистого цемента существенно ограничивает применение данного материала в частном строительстве. Применение данного материала для строительства частного здания оправдано, если возведение дома ведется на земельном участке с неблагоприятными геодезическими условиями (высоким стоянием грунтовых вод).

Производство глиноземистого цемента

Специальные свойства, которыми обладает этот вид строительного материала, обусловлен специальным составом и специальной технологией изготовления. В состав клинкера для производства глиноземистого цемента входят: однокальциевый алюминаут СаО-Аl2О3, двух кальциевый силикат C2S, геленит – 2СаО, и другие компоненты.

Для изменения времени схватывания в клинкер глиноземистого цемента вводят: борную кислоту, буру, кальций хлористый для замедления времени схватывания или известь, портландцемент и гипс для ускорения времени схватывания.

Цементная промышленность использует два способа производства вяжущего этого вида: технология правления шихты и обжиг компонентов глиноземистого цемента до спекания в гранулы.

  • Технология плавления состоит из основных этапов: подготовка шихты, плавление шихты в специальных печах, охлаждение полученной субстанции, крупное дробление и тонкое измельчение в грохотах до гостовского показателя – остаток цемента на сите с сеткой № 008 не более 10%.
  • Технология спекания характеризуется этапами: просушивание компонентов шихты, тонкое измельчение в грохотах, гомогенизация в гранулы, обжиг в специальных печах, охлаждение и помол в цементных мельницах. Также действует требование – «остаток цемента на сите с сеткой № 008 не более 10%».

В Российской Федерации заводы глиноземистых цементов, как правило, работают по технологии плавки компонентов. Технология спекания компонентов применяется ограничено.

Производители глиноземистого цемента

Высокая стоимость и специальность применения глиноземистого цемента обуславливает ограниченность его производства. В частности, на изготовлении связующего этого вида специализируются следующие предприятия Российской Федерации: и компаний Мира:

  • ОАО Пашийский Металлургический Цементный Завод. Выпускает все марки глиноземного цемента: ГЦ 400, ГЦ500 и ГЦ600.
  • Компания «Caltra» (Голландия).
  • ООО «ЕМА-цемент».
  • Компания «Sekar» (Франция).
  • Компания «Kerneos» (Франция).

Учитывая, что стоимость глиноземистого цемента отечественного производства или цемента импортного производства составляет от 39 000 до 39 875 рублей за тонну, следует тщательно просчитать необходимость необходимости его применения для возведения фундамента и конструкций частного дома.

При твердении глиноземистого цемента основное входящее е его состав соединение — однокальциевый алюминат — подвергается гидратации, в процессе которой образуется десятиводный гидроалюминат — СаО*Аl2О3*10H2O в виде мелких пластинчатых кристаллов. Это соединение переходит затем в более устойчивый двухкальциевый гидроалюминат (в виде гексагональных пластинчатых кристаллов) с выделением геля гидрата глинозема Аl2О3*3Н2O. Эти процессы выражаются общей реакцией:

2(CaO*Al2O3)+11H2O=2CaO*Al2O3*8H2O+Al2O3*3H2O

Возможно образование и трехкальциевого гидроалюмината (3СаО*Аl2О*6Н2О) В виде кубических кристаллов в случае твердения глиноземистого цемента при температуре выше 25-30 0С.

Другие соединения, встречающиеся в глиноземистом цементе: 5СаО*3Аl2О3, СаО*2Аl2О3, ферриты кальция, а также двухкальциевый силикат, подвергаются гидратации с о6разованием гидроалюминатов, гидроферритов и гидросиликатов кальция.

Происходящие при твердении физико-химические процессы в основном аналогичны протекающим при твердении цемента.

Глиноземистый цемент быстротвердеющий, но не быстросхватывающийся. Начало его схватывания по стандарту (ГОСТ 969-41) должно наступать не ранее 30 мин, а конец не позднее 12 ч. Если глиноземистый цемент смешать в пропорции 1: 1 с цементом, то смесь очень быстро схватывается и дает низкопрочный продукт. Объясняется это тем, что выделяющийся при твердении цемента гидрат окиси кальция быстро соединяется с появляющимся при твердении глиноземистого цемента гидратом глинозема или гидроалюминатом кальция, образуя малопрочный 3СаО*Аl2О3*6Н2О. В результате Аl(ОН)3 и Са(ОН)2 из сферы действия реакции исчезают, что значительно ускоряет ход гидролиза СаО*Аl2О3 и 3СаО*SiO2. Процесс схватывания при этом сильно ускоряется и делается почти мгновенным, а прочность получается низкой. Основываясь на описанном свойстве, можно в случае необходимости ускорить схватывание глиноземистого цемента или цемента, добавляя небольшие количества цемента в первом случае и глиноземистого цемента во втором.

Ускоряют схватывание глиноземистого цемента и добавки гидрата окиси кальция, гидрата окиси натрия, сульфатов кальция, натрия и железа, карбонатов натрия, серной кислоты. Замедляют схватывание глиноземистого цемента добавка хлористых натрия, калия и бария, азотнокислого и уксуснокислого натрия, соляной кислоты, буры.

Добавка 10-20% гранулированного шлака не снижает прочности глиноземистого цемента. При добавке большего количества шлака получается шлаковый глиноземистый цемент, также быстротвердеющий, но дающий меньшую прочность.

При твердении глиноземистого цемента в короткий промежуток времени выделяется большое количество тепла (за первые сутки 70-80% всего тепла, тогда как у цемента такое же количество тепла выделяется за 7 суток твердения), что приводит ,к значительному повышению температуры в первые сроки твердения и весьма полезно в случае использования этого цемента при низких температурах для зимних работ. Однако при сооружении бетонных массивов с относительно большим поперечным сечением выделяющееся тепло вызывает сильное повышение температуры. В результате образуются вредные напряжения и появляются трещины. Кроме того, возможное при температуре выше 25-30 0С образование шестиводного трехкальциевого алюмината (соли Торвальдсена) весьма отрицательно влияет на прочность цемента. Для снижения температуры твердеющего глиноземистого цемента применяют различные способы его охлаждения, ведут укладку небольших объемов бетона, используют для укладки в первую очередь зимой. Чтобы устранить вредное влияние трехкальциевого гидроалюмината, П. П. Будников предложил вводить в глиноземистый цемент 25-30% ангидрита, полученного обжигом гипса при 600-700°С. Ангидрит связывает трехкальциевый гидроалюминат в гидросульфоалюминат кальция:

3СаО*АI2О3*6Н2О + 3CaSO4+25H2O = 3СаО*AI2О3*3СаSО4*31Н2О.

Это улучшает строительные свойства глиноземистого цемента и дает возможность использовать его для больших бетонных массивов. Глиноземистый цемент с добавкой ангидрита называют ангидритглиноземистым цементом (АГ-цемент). Этот цемент дает при повышенных температурах (45-65 0С) значительно более высокую прочность, чем чистый глиноземистый цемент. Аналогично влияет на свойства глиноземистого цемента и добавка двуводного гипса. Глиноземистый цемент достаточно интенсивно твердеет при пониженных температурах из-за повышенной экзотермии в начальные сроки твердения, вызывающей подъем температуры до обычной. Однако, если при этом температура окажется слишком низкой, то твердение глиноземистого цемента замедляется или даже прекращается. Лучше всего глиноземистый цемент твердеет при температуре 15-18°C во влажной среде. Гидротермальная обработка, пропаривание и запаривание изделий на глиноземистом цементе не применяются, так как при этом снимается их прочность.

Удельный вес глиноземистого цемента 3,0-3,3; объемный вес в рыхлом состоянии 1000-1300 кг/м3, а в уплотненном 1600-1800 кг/м3. Следовательно, по удельному и объемному весу глиноземистый цемент мало отличается от цемента.

Количество воды, необходимое для получения из глиноземистого цемента теста нормальной густоты, составляет 23-28% . Этот цемент должен обладать равномерностью изменения объема при испытании кипячением и в парах воды.

Марки глиноземистого цемента: 400, 500 и 600 (предел прочности, при сжатии через 3 суток стандартных трамбованных образцов из раствора жесткой консистенции состава 1 : 3). Следует отметить высокую раннюю прочность глиноземистого цемента (350-500 кг/см2 через одни сутки). Обычно через 15-18 ч прочность глиноземистого цемента уже достаточна для введения в эксплуатацию сооружения.

Прочность глиноземистого цемента характеризуется спадами и подъемами в различные периоды твердения. Чем быстрее идет процесс гидратации, тем чаще наблюдаются спады прочности. По данным И. В. Кравченко, спады прочности тем больше, чем больше в глиноземистом цементе СаО и SiO2. Однако допускается лишь 10%-ное снижение прочности при растяжении к 28 суткам по сравнению с прочностью через 3 суток.

Полученные при испытании глиноземистого цемента в трамбованных образцах из раствора жесткой консистенции марки 400; 500 и 600 соответствуют примерно маркам 250, 300 и 400

При испытании в образцах из раствора пластичной консистенции. Отношение между прочностью на сжатие и на растяжение у глиноземистого цемента выше, чем у цемента. Причина этого — большее количество кристаллической фазы в затвердевшем глиноземистом цементе.

Бетон на глиноземистом цементе более плотный и водонепроницаемый, чем на цементе. Объясняется это уплотняющим действием геля гидрата окиси алюминия, а также тем, что при твердении глиноземистый цемент связывает сравнительно большое количество воды, а в затвердевшем цементном камне меньше несвязанной воды, чем в цементе, что обусловливает большую его плотность.

Глиноземистый цемент отличается также большей стойкостью против сульфатных, хлористых, углекислых и других минерализованных вод по сравнению с цементом. Это объясняется повышенной плотностью и водонепроницаемостью бетона на глиноземистом цементе, отсутствием в затвердевшем цементе легко растворимых веществ (в цементе таким веществом, например, является гидрат окиси кальция) и защитным действием пленок гидрата окиси алюминия, обволакивающих гидратированные и негидратированные частицы цементного камня. Бетон на глиноземистом цементе морозостоек.

Проведенные К. д. Некрасовым работы показали, что на основе глиноземистого цемента можно получить различные жаростойкие бетоны. Так, при использовании шамота в качестве мелкого и крупного заполнителя температура службы бетона – 1300 0С, а при использовании хромита — 1400°С.

Жаростойкость глиноземистого цемента возрастает с увеличением содержания в нем АI2О3. Если изготовить высокоглиноземистый цемент, содержащий не менее 72% Аl2О3, в составе которого преобладает СА2, то в сочетании с боем высокоглиноземистого кирпича в качестве заполнителя можно получить бетон с температурой службы 1700°С.

Высокая жаростойкость глиноземистых цементов объясняется тем, что возникающие при их твердении гидроалюминаты имеют устойчивую слоистую структуру. Удаляется кристаллохимическая вода из таких слоистых гидроалюминатов медленно, без разрушения кристаллов и снижения прочности.

Несмотря на высокое качество, глиноземистый цемент не получил такого широкого распространения как цемент, так как сырья для его производства значительно меньше и стоимость намного выше. Глиноземистый цемент целесообразно применять в тех случаях, когда можно эффективно использовать его положительные свойства. Его используют при скоростном строительстве, аварийных работах, зимнем бетонировании, при строительстве сооружений, подвергающихся действию минерализованных вод и сернистых газов, а также попеременному замораживанию и оттаиванию или увлажнению и высыханию, при тампонировании нефтяных и газовых скважин, для приготовления жаростойких бетонов и расширяющихся цементов различных видов.

Нельзя использовать глиноземистый цемент для конструкций, в которых температура бетона в результате внешнего воздействия или тепловыделения может подняться выше 25-30 0С. Ангидритглиноземистый цемент можно применять и при повышенных температурах.

5. Глиноземистый цемент.

Глиноземистый цемент — быстротвердеющее и высокопрочное гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем тонкого измельчения клинкера, содержащего преимущественно низкоосновные алюминаты кальция. Однокальциевый алюминат определяет быстрое твердение и другие свойства глиноземистого цемента. В небольших количествах в нем также содержатся другие алюминаты кальция и алюмосиликат кальция — геленит . Силикаты кальция представлены небольшим количеством белита.

Для получения клинкера глиноземистого цемента сырьевую смесь, составленную из известняка и боксита , подвергают спеканию ( при температуре около 1300С или плавлению (при 1400С). Глиноземистый клинкер размалывается труднее, чем клинкер портландцемента, поэтому на помол затрачивается больше электроэнергии. Кроме того, бокситы представляют собой ценное сырье, используемое для производства алюминия. Эти и другие обстоятельства повышают стоимость глиноземистого цемента и ограничивают его выпуск.

Глиноземистый цемент обладает высокой прочностью, если он твердеет при умеренной температуре (не выше 25С), поэтому глиноземистый цемент нельзя применять для бетонирования массивных конструкций из-за разогрева бетона, а также подвергать тепловлажностной обработке.

Если же температура бетона превысит 25-30С, то наблюдается переход двухкальциевого гидроалюмината в кубический трехкальциевый гидроалюминат , который сопровождается возникновением внутренних напряжений в цементном камне и понижением прочности бетона в 2-3 раза.

Замечательным свойством глиноземистого цемента является его необычно быстрое твердение. Марки глиноземистого цемента, определяемые по результатам испытания образцов 3-суточного возраста: 400, 500 и 600. уже через 1 сут глиноземистый цемент набирает высокую прочность.

Т А Б Л И Ц А. показатели прочности глиноземистого цемента.

Марка глиноземистого цемента

Предел прочности при сжатии, кг/см (МПа), не менее

Через 1 сут

Через 3 сут

230 (23)

400 (40)

280 (28)

500 (50)

330 (33)

600 (60)

Начало схватывания глиноземистого цемента должно наступать не ранее чем через 30 мин (портландцемента не ранее чем через 45 мин), а конец — не позднее чем через 12 ч от начала затворения.

Тепловыделение глиноземистого цемента при твердении примерно в 1,5 раза больше тепловыделения портландцемента (250-370 кДж/кг).

Глиноземистый цемент применяют в специальных сооружениях, при спешных ремонтных и монтажных работах, для изготовления жаростойких бетонов и растворов. Кроме того, он входит в состав многих расширяющихся цементов.

6. Расширяющиеся и безусадочные цементы.

Портландцементный камень при твердении на воздухе высыхает и претерпевает усадку, которая нередко является причиной усадочных трещин. Чтобы плотно заделать шов между сборными элементами конструкций и получить практически непроницаемый раствор, или бетон, необходимо использовать вяжущее вещество, способное после затворения в начальный период твердения увеличивать свой объем без структурных нарушений. Расширяющиеся цементы обладают контролируемым расширением, которое, проявляясь в стесненных условиях, вызывает самоуплотнение цементного камня (и бетона). Растворы и бетоны на расширяющихся цементах проктически непроницаемы для воды и нефтепродуктов (керосина, бензина и др.), которые вследствие малого поверхностного натяжения легко просачиваются через капиллярные поры портландцементного камня.

Водонепроницаемый расширяющийся цемент (разработан В.В.Михайловым) является быстросхватывающимся и быстротвердеющим гидравлическим вяжущим. Его получают путем тщательного смешивания глиноземистого цемента (~70 %), гипса (~20 %) и молотого специально изготовленного высокоосновного гидроалюмината кальция (~10 %).

Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент (разработан И.В.Кравченко) — быстротвердеющее гидравлическое вяжущее, получаемое совместным тонким измельчением высокоглиноземистых клинкера или шлака и природного двуводного гипса (до 30 %) или тщательным смешиванием тех же материалов, измельченных раздельно. Гипсоглиноземистый цемент обладает свойством расширения при твердении в воде; при твердении на воздухе он проявляет безусадочные свойства. Применяется для омоноличивания стыков сборных конструкций, гидроизоляционных штукатурок, плотных бетонов в железобетонном судостроении и при возведении емкостей для хранения нефтепродуктов.

Расширяющийся портландцемент — гидравлическое вяжущее вещество, получаемое совместным тонким измельчением следующих компонентов (% по массе): портландцементного клинкера 58-63; глиноземистого шлака или клинкера 5-7; гипса 7-10; доменного гранулированного шлака или другой активной минеральной добавки 23-28. расширяющийся портландцемент отличается быстрым твердением в условиях кратковременного пропаривания, высокой плотностью и водонепроницаемостью цементного камня, а также способностью расширяться в водных условиях и на воздухе при постоянном увлажнении в течении первых 3 сут.

Напрягающий цемент (разработан В.В.Ммихайловым), состоит из 65-75% портландцемента, 13-20% глиноземистого цемента и 6-10% гипса; его удельная поверхность не менее 3500 см/г. В процессе расширения в определенных условиях твердения этот цемент создает в арматуре, независимо от ее расположения в железобетонной конструкции, предварительное напряжение. Следовательно, химическая энергия вяжущего вещества используется для получения предварительно напряженных конструкций без применения механических или термических способов, требующих специального оборудования.

В зависимости от достигаемой энергии самонапряжения, определяемой по специальной методике и выражаемой в МПа, выделяют: НЦ=2, НЦ=4 и НЦ=6. начала схватывания НЦ должно наступать не ранее чем через 30 мин и конец — не позднее чем через 4 ч после затворения. Напрягающий цемент быстро твердеет, прочность НЦ при сжатии через 1 сут должна быть не менее 15 МПа, через 28 сут твердения — 50 МПа.

Самонапряженные железобетонные конструкции на НЦ отличаются повышенной трещиностойкостью, поэтому НЦ применяют для газонепроницаемых конструкций, хранилищ бензина, подводных и подземных напорных сооружений, спортивных объектов.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *