38) Глиноземистый цемент

Быстротвердеющее, но нормально схватывающееся, высокопрочное гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем тонкого измельчения клинкера, содержащего преимущественно низкоосновные алюминаты кальция.

Клинкер получается обжигом до спекания (1250 ^оС) или до плавления (1500…1600 ^оС) смеси бокситов Al₂O₃^.Н₂O и известняка CaCO₃, который может быть заменен известью.

Спекание производится в окислительной или восстановительной среде. Однако обжиг затрудняется из-за малого интервала спекания.

Плавление – более распространенный способ получения глиноземистого цемента из-за малых температур плавления. При этом отпадает необходимость тонкого помола шихты. Одновременно можно получать чугун и цемент.

Химсостав: Al₂O₃, CaO, SiO₂, Fе₂О₃. Минералогический состав: СА, СA₂, C₂А₇, С₂F, C₂S, С₄АF. Основные минералы: СА, СA₂.

1-я группа глиноземистых цементов содержит СаО> 40 % − высокоизвестковый цемент. Обладают более высокой начальной прочностью с незначительным нарастанием ее в последующие сроки. Содержание алюминатов кальция достигает 80…85 %, что позволяет им приобретать высокую прочность в очень короткие сроки. Через 1 сутки R_сж может достигнуть 90 % марочной прочности, определяемой в 3-х суточном возрасте. В среднем R_сж через 1 сутки составляет 55 % марочной прочности. Твердение происходит по реакции

2(СаО^.Al₂O₃) + 11Н₂О = 2СаО^.Al₂О₃^.8Н₂O + 2Аl(ОН)₃.

2-я группа глиноземистых цементов содержит СаО< 40 % − низко известковый цемент. Прочность нарастает медленнее, но конечная прочность выше, чем у цементов 1-й группы. Кроме того, они отличаются повышенной коррозионной стойкостью.

Глиноземистый цемент не выделяет свободной извести, что способствует повышению стойкости в агрессивных средах. Известен ряд гидротехнических сооружений, которые в течение 10…20 лет не подвергаются коррозии в морской воде.

При температуре выше 30 ^оС твердение происходит по реакции

3(СаО^.Al₂O₃) + 12Н₂О = 3СаО^.Al₂О₃^.6Н₂O + 4Аl(ОН)₃.

Образующийся гидроалюминат кальция 3СаО^.Al₂О₃^.6Н₂O, как известно, обладает пониженной прочностью, поэтому глиноземистый цемент не рекомендуется применять при повышенных температурах. Не допускается также пропаривание и запаривание его. При этом наблюдается частичный сброс первоначально приобретенной прочности в процессе твердения. Для повышения качества рекомендуется затворять с малыми В/Ц и вводить добавки.

Глиноземистый цемент связывает большое количество воды, поэтому его пористость ниже у портландцемента. При твердении выделяется большое количество тепла (в 1,5 раза выше, чем у ПЦ). Он обладает повышенной стойкостью к пресным и минерализованным водам. Однако разрушается слабыми растворами щелочей вследствие образования алюминатов. Нельзя также смешивать глиноземистый цемент с известью и ПЦ

СаО^.Al₂O₃ + 2Са(ОН)₂ + 4Н₂О = 3СаО^.Al₂О₃^.6Н₂O.

Марки по прочности 400, 500, 600, определяемые в возрасте 3 суток; Н_схв≥ 30 мин, К_схв ≤ 12 час; тонкость помола ≥ 90 %.

Допускается введение технологических добавок до 2 % от массы цемента. Нормальная густота (НГ) = 23…28 %. При повышении температуры НГ повышается. Цвет зависит от среды, в которой производится обжиг: обжиг в восстановительной среде дает светло-серый цвет, обжиг в окислительной среде дает цвет от коричневого до черного. Плотность 3,0…3,2 г/см³.

Расширяющиеся и безусадочные цементы

Расширяющиеся и безусадочные цементы относятся к числу смешанных многокомпонентных цементов. Наиболее эффективным расширяющимся компонентом является гидросульфоалюминат кальция 3СаО^.Al₂О₃^.3CaSO₄^.32H₂O. Состав цемента дает возможность регулировать количество и скорость его образования и избежать появления вредных напряжений, вызывающих растрескивание цементного камня.

Различают безусадочные цементы с малой величиной расширения при твердении (0,03…0,10 %), развивающие сжимающие усилия 0,2…0,7 МПа и самонапрягающие цементы с расширением более 0,23 % и усилиями до 7 МПа.

Расширяющийся портландцемент РПЦ. Получается совместным помолом портландцементного клинкера (60…65 %) , высокоглиноземистого шлака (глиноземистого клинкера) 7…10 % и АМД (20…28 %). Пропаривание ускоряет образование эттрингита до схватывания цемента, что обеспечивает расширение смесей без напряжений. Марки по прочности 400, 500, 600; Н_схв≥ 30 мин, К_схв ≤ 12 час.

Водонепроницаемый расширяющийся цемент ВРЦ. Получается помолом или тщательным перемешиванием тонко измельченных глиноземистого цемента (70 %), высокоосновного гидроалюмината кальция С₄АН₁₃ (10 %) и полуводного гипса (20 %). Н_схв≥ 4 мин, К_схв ≤ 12 мин. Марка по прочности 500. ВРЦ быстро схватывается, набирает прочность и приобретает водонепроницаемость. R_сж через 6 час ≥ 7,5 МПа, R_сж через 3 суток ≥ 30 МПа. Водонепроницаемость через 1 сутки превышает 6 атм. Обладает небольшой морозостойкостью и высокой стоимостью.

Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент ГГРЦ. ГГРЦ получается совместным помолом высокоглиноземистого доменного шлака (70 %) и двуводного гипса (30 %). Быстро схватывается и твердеет. Н_схв≥ 10 мин, К_схв ≤ 4 час. Марка по прочности 500. R_сж через 1 сутки ≥ 10 МПа, через 3 суток ≥ 28 МПа. Линейное расширение через 3 суток достигает 0,1…0,7 %. В водных условиях расширяется, на воздухе является безусадочным. Хорошо сцепляется со старым бетоном.

Напрягающий цемент НЦ. Получается совместным помолом портландцементного клинкера (65…70 %), глиноземистого цемента (16…20 %) и природного гипса (14…16 %). Быстро схватывается и твердеет. Н_схв= 2…5 мин, К_схв = 4…7 мин. R_сж через 20 час ≥ 20 МПа, R_сж через 24 часа с выдержкой в теплой воде в течение 6 часов ≥ 45 МПа. Марочная прочность через 28 суток ≥ 85 МПа. Обеспечивает расширение бетона без арматуры до 4 %, а с арматурой − до 0,75 %. Водонепроницаемость достигает 20 атм.