Глинозёмистый цемент

Материал из СТ-Бетон
Перейти к: навигация, поиск


Глиноземистый цемент представляет собой быстротвердеющее гидравлическое вяжущее, состоящее преимущественно из моноалюмината кальция (СаО·Аl2О3). Свое название материал получил от технического названия оксида алюминия Аl2О3 — глинозем, который является ключевым компонентом его химической формулы. Этот цемент является быстротвердеющим веществом, набирающим через сутки твердения прочность, которая составляет свыше 85% марочной, что принципиально отличает его от обычного портландцемента с более длительным циклом набора прочности. Сырьем для глиноземистого цемента служат бокситы и известняки, которые подвергаются высокотемпературной обработке для получения клинкера специфического минералогического состава[1]. По содержанию Al2O3 в готовом продукте различают обычный глиноземистый цемент (до 55 %) и высокоглинозёмистый цемент (до 70 %). Температура плавления сырьевой шихты обычного глиноземистого цемента 1450—1480 °C, высокоглинозёмистого цемента — 1700—1750 °C.

Основное преимущество материала заключается в возможности использования бетонов на его основе при отрицательных температурах до -10 градусов без подогрева, что обусловлено выделением большого количества тепла при твердении. Однако глиноземистый цемент имеет строгие температурные ограничения в процессе эксплуатации: если температура твердеющего материала превысит 25-30 °С, то процесс твердения и прочность цементного камня будет ниже в 2-2,5 раза. Поэтому материал не рекомендуется использовать для бетонирования массивных конструкций, где возможен саморазогрев бетона, а также в условиях жаркого климата, где требуется применение специальных мер охлаждения смеси[1]. Изделия на глиноземистом цементе нельзя подвергать тепловой обработке, так как это приводит к деструкции структуры и потере прочностных характеристик в раннем возрасте[2].

Химический состав и минералогия

Минералогический состав глиноземистого цемента состоит в основном из алюминатов кальция состава СаО·Al2O3 (CA), 12СаО·7Al2O3 (С12А7), 2CaO·Al2O3·SiO2 (C2AS), ферритов, алюмоферритов кальция и примесных оксидов титана. Прочность цемента в основном обусловлена гидратацией и твердением минерала CA, тогда как остальные фазы, в основном геленит (C2AS), ухудшают качество материала, особенно при использовании сырья с повышенным содержанием кремнезема. Для улучшения качества глиноземистого цемента при использовании низкосортного сырья применяются химические соединения, способные предотвратить или уменьшить возможность образования геленита и тем самым повысить прочность цементного камня при твердении[2].

Термодинамическим анализом реакций формирования фазового состава установлено, что связывание SiO2 в соединения более гидратационно активные, чем алюмосиликат, может быть достигнуто при вводе в сырьевую смесь оксидов натрия, марганца, бария. Положительное влияние указанных оксидов объясняется тем, что, обладая меньшей величиной энергии химических связей по сравнению с энергией связей в Al2O3 и SiO2, они требуют меньших затрат энергии на диссоциацию. Катионы Nа+, К+, Ва2+, Са2+, Мn2+, диффундируя в решетку SiO2, связывают кремнезем в более устойчивые силикаты, тем самым предотвращая образование геленита и повышая гидравлическую активность клинкера[2].

Введение добавок хлоридов и фторидов калия, натрия и кальция способствует интенсификации процессов минералообразования и приводит к изменению фазового состава охлажденного геленитового расплава. Установлено, что охлажденный расплав является полифазным, наряду с геленитом образуются кристаллы двухкальциевого силиката, что положительно сказывается на долговременной прочности. Однако превышение концентрации добавки NaCl свыше 2% и добавки CaF2 свыше 1% приводит к резкому ускорению сроков схватывания, что может сделать невозможным изготовление образцов для испытаний из-за быстрого загустевания смеси[2].

Физико-механические свойства

Глиноземистый цемент имеет повышенную плотность цементного камня, что определяет большую устойчивость бетона против всех видов агрессивных жидкостей и газов по сравнению с бетоном на портландцементе. Среда в процессе твердения и в затвердевшем цементном камне у глиноземистого цемента слабощелочная, и свободного Са(ОН)2 цементный камень не содержит. Это обстоятельство в сочетании с пониженной пористостью делает бетоны на глиноземистом цементе более устойчивыми к коррозии в пресной и минерализованной воде, что важно для гидротехнических сооружений[1].

Глиноземистый цемент по сравнению с портландцементом является более огнестойким и термически устойчивым материалом, что позволяет использовать его в смеси с огнеупорными заполнителями: шамотом, хромитовой рудой, магнезитом и другими. В смеси с такими заполнителями глиноземистый цемент может быть использован для получения гидравлически твердеющих огнеупорных растворов и бетонов, работающих в условиях высоких температур. При высокой температуре (700...800 °С) между продуктами твердения цемента и заполнителями бетона начинаются реакции в твердой фазе, по мере протекания которых прочность бетона не падает, а повышается, так как бетон превращается в керамический материал[1].

Действие модифицирующих добавок отражается и на прочностных свойствах цемента, что приводит к повышению прочностных показателей в ранние сроки твердения. В процессе длительного твердения цементы из смесей с исследуемыми добавками отличаются не только высокой скоростью набора прочности, но и равномерным нарастанием ее вплоть до 28 суток, тогда как контрольный цемент имеет характерный спад прочности. Данное явление объясняется положительными изменениями в фазовом составе цементов при использовании модифицирующих добавок и отсутствием минерала С12А7 в модифицированных составах[2].

Технология производства и применения

Производство глиноземистого цемента требует строгого контроля температурного режима обжига сырьевой смеси, так как добавки минерализаторов снижают температуру разложения карбонатов и гидраргиллита на 40–100 °С. Наиболее интенсивно образование новых фаз начинается при температурах 910–940 °С в смесях с добавками, тогда как в бездобавочной смеси температура этого процесса составляет 980 °С. Микроскопические исследования показали влияние добавок на характер кристаллизации клинкеров: в бездобавочных составах моноалюминат кальция кристаллизуется в виде крупных таблитчатых кристаллов, а в клинкерах с добавками наблюдается более дисперсная структура, способствующая повышению гидравлической активности[2].

Глиноземистый цемент целесообразно использовать при аварийных и срочных работах, при зимнем бетонировании и в тех случаях, когда от бетона требуется высокая водостойкость и водонепроницаемость. Специальная область применения глиноземистых цементов — жаростойкие бетоны, что объясняется отсутствием Са(ОН)2, который при нагреве переходит в СаО и при контакте с водой гасится с увеличением объема. Кроме того, глиноземистый цемент является компонентом многих расширяющихся цементов, которые даже при твердении на воздухе имеют небольшое увеличение в объеме, компенсируя усадку бетона[1].

Введение добавки нитрата кальция в состав напрягающих цементов на основе глиноземистого компонента позволяет получить стабильное управляемое самонапряжение как для нормальных, так и пониженных положительных температур твердения. Выявлено, что введение добавки нитрата кальция позволяет повысить предел прочности при сжатии на 15–20% и получить энергию самонапряжения от 2 до 3 МПа в условиях низких положительных температур. Применение напрягающего цемента без модифицирующих добавок в условиях низких положительных температур твердения ограничено вследствие возможного разрушения на начальных этапах из-за дисбаланса скорости роста прочности и расширения[1].

Нормативные документы

В Российской Федерации требования к глиноземистому цементу регламентируются ГОСТ 969-2019 "Цементы глиноземистые и высокоглиноземистые. Технические условия"

См. также

Примечания

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 Ястреб, В. В. Перспективы использования глиноземистого цемента / В. В. Ястреб // Международная научно-техническая конференция молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова, Белгород, 01–20 мая 2017 года. – Белгород: Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, 2017. – С. 565-569.
  2. ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 Кривобородов, Ю. Р. Возможность повышения качества глиноземистого цемента из низкосортного сырья / Ю. Р. Кривобородов // ALITinform: Цемент. Бетон. Сухие смеси. – 2018. – № 3(52). – С. 18-24.

Литература

  • Волженский А.В., Буров Ю.С., Колокольников В.С. Минеральные вяжущие вещества: технология и свойства. Стройиздат, 1979. 476 с.
  • Дуда В. Цемент. Стройиздат, 1981. 464 с.
  • Ли Ф.М. Химия цемента и бетона. Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам, 1961. 645 с.
  • Тейлор Х. Химия цемента. Мир, 1996. 560 с. ISBN 5-03-002731-9
  • Баженов Ю.М. Технология бетона. АСВ, 2002. 500 с. ISBN 5-93093-138-0
  • Рояк С.М., Рояк Г.С. Специальные цементы. Стройиздат, 1983. 279 с.
  • Пащенко А.А. Новые цементы. Будiвельник, 1978. 220 с.
  • Москвин В.М., Иванов Ф.М., Алексеев С.Н., Гузеев Е.А. Коррозия бетона и железобетона, методы их защиты. Стройиздат, 1980. 536 с.
  • Комар А.Г. Строительные материалы и изделия. Высш. шк., 1988. 527 с. ISBN 5-06-001250-6
  • Алексеев Б.В. Технология производства цемента. Высш. шк., 1980. 266 с.
  • Шейкин А.Е., Чеховский Ю.В., Бруссер М.И. Структура и свойства цементных бетонов. Стройиздат, 1979. 344 с.
  • Бутт Ю.М., Тимашев В.В. Портландцемент (минералогический и гранулометрический составы, процессы модифицирования и гидратации). Стройиздат, 1974. 328 с.
Источник — «https://stroytechnolog.ru/wiki/index.php?title=Глинозёмистый_цемент&oldid=2355»