Глиноземистый цемент

 

Глиноземистый цемент — гидравлическое вяжущее вещество, обеспечивающее получение цементного камня высокой прочности в очень короткие сроки (1...3 сут). Этот цемент иногда называют алюминатным, так как в его составе преобладают низкоосновные алюминаты кальция (80...85%).

Сырьем для производства глиноземистого цемента служит смесь пород с высоким содержанием глинозема, чаще бокситов (Аl₂Оз×nН₂О) и известняков или извести, а также и более дешевое сырье — алюминиевые шлаки и материалы, получаемые обжигом высокоглиноземистых глин.

Производят глиноземистый цемент путём плавления сырь­евой смеси в электрических печах, вагранках, конверто­рах при температуре выше 1500°С. Реже применяют об­жиг до спекания при температуре около 1300°С во вра­щающихся печах или на агломерационной ленте. Получившийся сплав или клинкер охлаждают и раз­малывают в порошок, как и при производстве портланд­цемента. Сплав и клинкер глиноземистого цемента имеют высокую твердость, в связи с чем глиноземистый це­мент трудно размалывается, требует высокого расхода электроэнергии на помол, вызывает сравнительно быстрый износ мелющего оборудования. Это является одной из причин его высокой стоимости (он в несколько раз дороже порт­ландцемента).

Основным минералом глиноземистого цемента как по количественному содержанию, так и по вяжущим свой­ствам является однокальциевый алюминат СаО•Аl₂О₃ (СА). В сравнительно небольших количествах в нем содержатся другие низкоосновные алюминаты кальция (5СаО×ЗАl₂Оз и СаО×2Аl₂О₃). Силикаты каль­ция обычно представлены небольшим количеством белита 2СаО×SiO₂.

Процесс твердения глиноземистого цемента протекает по схеме, аналогичной твердению портландцемента. Глав­ный минерал глиноземистого цемента — однокальциевый алюминат, реагируя с водой, вначале образует СаО•А1₂О₃×10Н₂О (САН₁₀), который сравнительно быстро (в течение нескольких часов) переходит в гель, не об­ладающий существенной прочностью. В этот период про­исходит схватывание глиноземистого цемента приблизи­тельно с такой же скоростью, как и у портландцемента. Получающийся гель десятиводного гидрата (САН₁₀) не­устойчив и, кристаллизуясь, быстро переходит в более устойчивый 2СаО×Аl₂О₃×8Н₂0 (С₂АН₈) в кристаллической форме с одновременным выделением гидроксида алюми­ния в виде гелевидной массы. Переход СА в конечные продукты гидратации можно представить следующей схемой:

2 (СаО×Аl₂О₃) + 10Н₂О = 2СаО×Аl₂О₃ ×8Н₂О + 2Аl(ОН)₃

Твердение глиноземистого цемента протекает настоль­ко интенсивно, что уже через сутки достигается около 90 % конечной прочности, рост которой к 3 сут практи­чески завершается.

Глиноземистый цемент образует цементный камень высокой плотности, пористость которого почти в 2 раза меньше, чем портландцементного. Это связано с тем, что при твердении он химически связывает воды примерно в 2 раза больше, чем портландцемент, а промежутки меж­ду кристаллами двухкальциевого гидроалюмината за­полнены гидроксидом алюминия, который имеет плотное строение.

Глиноземистый цемент приобретает и длительно со­храняет высокую прочность только в том случае, если он твердеет при умеренных температурах. Если же тем­пература превысит 25...30°С, то происходит перекристал­лизация двухкальциевого гидроалюмината (С₂АН₈) в трехкальциевый гидроалюминат (СзАН₆), сопровожда­ющаяся уменьшением объема новообразований пример­но на 25...30 % и возникновением вредных напряжений в цементном камне, влекущих снижение прочности в 2...3 раза.

Твердение глиноземистого цемента сопровождается интенсивным выделением теплоты, достигающим через 1 сут 70...80 % полной экзотермии. Поэтому глиноземис­тый цемент не рекомендуется применять в условиях жаркого кли­мата и при тепловлажностной обработке изделий, и при бетонировании массивных конструкций.

Нормативные требования к глинозёмистому и высокоглизёмистому цементу содержатся в ГОСТ 969.

По содержанию Al₂O₃ глинозёмистые цементы подразделяют на виды:

- глиноземистый цемент (ГЦ) – содержание Al₂O₃ не менее 35%;

- высокоглиноземистый цемент I (ВГЦ I) – " – не менее 60%;

- высокоглиноземистый цемент II (ВГЦ II) – " – не менее 70%;

- высокоглиноземистый цемент III (ВГЦ III) – " - не менее 80%.

По прочности при сжатии в возрасте 3 сут цементы подразделяют на марки:

- ГЦ - 40, 50 и 60;

- ВГЦ I - 35;

- ВГЦ II - 25 и 35;

- ВГЦ III - 25.

Физико-механические показатели цементов должны соответствовать указанным в таблице 3.15.

Бетоны на глиноземистом цементе морозостойки и более стойки по сравнению с портландцементом против коррозии выщелачивания, 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.

Таблица 3.15

Физико-механические показатели глинозёмистых и высокоглинозёмистых цементов

Наименование показателя	Значение для цемента вида и марки
ГЦ	ВГЦ I	ВГЦ II	ВГЦ III
1. Предел прочности при сжатии, МПа, не менее, в возрасте:
1 сут	22,5	27,4	32,4	-	-	-	-
3 сут	40,0	50,0	60,0	35,0	25,0	35,0	25,0
2. Тонкость помола:
остаток на сите с сеткой № 008 по ГОСТ 6613, % не более;
удельная поверхность, кв. м2/кг, не менее	-	-	-
3. Сроки схватывания:
начало, мин, не ранее
конец, ч, не позднее
4. Огнеупорность, град. °С, не менее	-	-	-

 

Глинозёмистый цемент 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.

 

Расширяющиеся и безусадочные цементы

 

Твердение всех гидравлических вяжущих веществ в воздушной среде сопровождается уменьшением объема цементного камня (усадкой). Усадочные деформации мо­гут привести к образованию трещин в бетонах, что на­рушает монолитность конструкций и снижает их долго­вечность. Для расширяющихся и безусадочных цементов характерно равномерное приращение объема цементного камня в начальный период твердения, что компенсирует усадочные явления. Линейное расширение у расширяю­щихся цементов обычно составляет 0,3...1 %, у безуса­дочных — 0,01...0,1 %.

Многочисленные виды расширяющихся цементов представляют собой сме­шанные цементы, состоящие из основного вяжущего ве­щества (глиноземистый или портландцемент) и компо­нентов, обеспечивающих увеличение объема цементного камня в начальный период твердения (в большинстве случаев гипс, высокоосновные гидроалюминаты или гидроферриты кальция, глиноземистые шлаки).

Наибольшее применение в нашей стране нашли сле­дующие расширяющиеся цементы: на основе глинозе­мистого цемента — водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ), водонепроницаемый безусадочный це­мент (ВВЦ), гипсоглиноземистый цемент; на основе порт­ландцемента — расширяющийся портландцемент (РПЦ), а на основе портландцемента и глиноземистого цемента— напрягающий цемент (НЦ).

Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) получают смешиванием или совместным помолом глино­земистого цемента (70%), полуводного гипса (20%) и молотого специально изготовленного высокоосновного гидроалюмината кальция 4СаО×Аl₂О₃×13Н₂О (приблизительно 10%).

Водонепроницаемый безусадочный цемент (ВВЦ) состоит из тех же компонентов, что и ВРЦ, но взятых в других соотношениях. Эти цементы быстро схватыва­ются (начало схватывания — несколько минут, конец — не позднее 5...10 мин) и быстро твердеют, достигая к 3 сут 60...80 %-ной марочной прочности. Они образуют цемент­ный камень высокой водонепроницаемости (выдерживает давление воды до 0,7 МПа), за что и получили второе название водонепроницаемых цементов. Водонепроница­емые расширяющиеся и безусадочные цементы приме­няют для заделки и гидроизоляции швов тюбингов, раст­рубных труб, стыков и трещин в бетонных и железобе­тонных конструкциях, подливок под машины и фунда­ментных болтов и т. п. Нельзя применять эти цементы в конструкциях, эксплуатируемых в среде с недостаточной влажностью или при температуре более 80 °С.

Расширяющийся портландцемент (РПЦ) получают из (% по массе): портландцементного клинкера — 58...63, высокоглиноземистого доменного шлака — 5...7, двуводного гипса — 7...10 и активной минеральной добавки — 20...25, которые совместно размалывают в тонкий поро­шок— цемент. РПЦ характеризуется более быстрым на­растанием прочности, чем портландцемент, особенно при кратковременном пропаривании изделий, высокой плот­ностью и водонепроницаемостью цементного камня до 1,2 МПа и более. Применяют РПЦ там же, где и другие расширяющиеся цементы, а также в производстве сбор­ных железобетонных изделий, что позволяет сократить время тепловой обработки до 4...6 ч.

Напрягающий цемент (НЦ) изготовляют на основе клинкеров портландцемента (65...70%) и глиноземисто­го цемента (16...20%) с добавлением двуводного гипса (14...16%) путем совместного помола до удельной по­верхности не менее 3500 см²/г.

Напрягающий цемент быстро схватывается (через 2...7 мин) и быстро твердеет, приобретая через сутки нормального твердения прочность до 20 МПа. Характер­ной особенностью этого цемента являются не только зна­чительная величина, но и большая энергия расширения, обеспечивающие самонапряжение камня до 3...4 МПа. Это свойство НЦ позволяет использовать его для изго­товления так называемых самонапряженных железобе­тонных конструкций, в которых натяжение арматуры воз­никает при расширении твердеющего цемента. При этом арматура может получить двух- и трехосное напряжение, чего трудно добиться обычными приемами натяжения арматуры.

Напрягающий цемент рекомендуется применять для изготовления напорных труб и других тонкостенных же­лезобетонных изделий и конструкций с напряженной ар­матурой.

Безусадочный портландцемент, предназначенный для транспортного строительства, получают на основе портландцементного клинкера, расширяющегося компонента и гипса (ТУ 5732-003-24089832-98). По виду расширяющегося компонента цемент подразделяют на сульфоферритный и сульфоалюминатный. По физико-механическим показателям цемент должен соответствовать требованиям, указанным в таблице 3.16.

Таблица 3.16

---

Дата добавления: 2016-01-05; просмотров: 19; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!