6.3.3. Глиноземистый цемент

Портландцемент является самым главным силикатным цементом, а глиноземистый цемент – самый главный алюминатный цемент. Свое название он получил от технического названия оксида алюминия Al₂O₃ - «глинозем». Это быстротвердеющее гидравлическое вяжущее, состоящее преимущественно из моноалюмината кальция CaO.Al₂O_3.

Производство глиноземистого цемента началось во Франции в 1912 году под названием «цемент Фондю», и в Европе он до сих пор носит это название.

Сырьем для получения клинкера глиноземистого цемента служат чистые известняки и бокситы – горная порода, состоящая в основном из Al₂O_{3 .} nH₂O_. Производство глиноземистого цемента более энергоемко, чем портландцемента, а учитывая еще и дефицитность сырья (бокситы), стоимость его гораздо выше, чем портландцемента.

В России разработан способ производства глиноземистого цемента путем плавки в доменной печи бокситовой железной руды с добавкой известняка и железного лома. При этом доменная печь выдает чугун и шлак, представляющий собой клинкер глиноземистого цемента.

Однокальциевый алюминат CaO.Al₂O₃ определяет быстрое твердение и другие основные свойства глиноземистого цемента. В сравнительно небольших количествах в клинкере также содержатся другие алюминаты кальция, алюмосиликат кальция геленит и белит.

Свойства: очень быстрое твердение; марки его в возрасте 3 суток – 400, 500, 600. Портландцемент приобретает такую прочность только через 28 суток нормального твердения. Однако глиноземистый цемент имеет высокую прочность только в том случае, если он твердеет при умеренных температурах не более 25⁰С. Поэтому его нельзя применять при бетонировании массивных конструкций из-за разогрева бетона, а также подвергать тепловлажностной обработке.

При столь быстром твердении глиноземистый цемент имеет нормальные сроки схватывания (начало схватывания не ранее 30 мин., конец – не позднее 12 часов от момента затворения). По сравнению с портландцементом он более стоек к коррозии выщелачивания (ввиду отсутствия в продуктах гидратации Ca(OH)₂) и к сульфатной коррозии. Однако затвердевший глиноземистый цемент разрушается в растворах кислот и щелочей. Усадка глиноземистого цемента при твердении на воздухе ниже, чем у портландцемента, в 3-5 раз, пористость также ниже.

С учетом специфических свойств и высокой стоимости глиноземистого цемента его целесообразно использовать при аварийных и срочных работах, при зимнем бетонировании, для получения расширяющихся цементов, а также для получения жаростойких бетонов и растворов.

6.3.4. Расширяющиеся цементы

Расширяющиеся цементы относятся к числу смешанных, иногда многокомпонентных цементов. Известно много видов расширяющихся, водонепроницаемых и напрягающих цементов. Основа расширения чаще всего – образование гидросульфоалюмината кальция 3CaO.Al₂O_3.3CaSO_4.31H₂O, соединения связывающего химически большое количество воды и за счет этого увеличивающего объем всей твердеющей массы. Расширяющиеся цементы состоят из глиноземистого цемента или портландцемента и компонентов, обеспечивающих образование гидросульфоалюмината кальция в количестве, достаточном для получения требуемого эффекта расширения.

Разновидности: водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) – быстросхватывающееся и быстротвердеющее вяжущее, получаемое тщательным смешиванием глиноземистого цемента (70%), гипса (20%) и молотого специально изготовленного высокоосновного гидроалюмината кальция.

Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент получают совместным измельчением высокоглиноземистого клинкера (70%) и природного гипса (30%). Этот цемент обладает свойством расширения при твердении воде; при твердении на воздухе он является безусадочным.

Расширяющийся портландцемент (РПЦ) получают совместным помолом портландцементного клинкера (60-65%), высокоглиноземистого доменного шлака или глиноземистого клинкера, гипса и активной минеральной добавки.

Напрягающий цемент состоит из портландцемента (65-75%), глиноземистого цемента (13-20%) и гипса. При затворении водой он сначала твердеет и набирает прочность, затем расширяется как твердое тело и напрягает железобетон. Самонапряженный железобетон применяется в напорных трубах, в монолитных и сборных резервуарах для воды, в спортивных и подземных сооружениях.

Перспективная область применения бетонов и растворов на расширяющихся и безусадочных цементах – бесшовные тонкослойные стяжки или лицевые покрытия полов большой площади, получаемых из сухих смесей.

Таблица 6.6

Специальные виды портландцемента

Вид цемента	Особенности состава	Характерные свойства	Примечание
1	2	3	4
Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ)	С3S +С3А 60-65 %, Sуд.= 3500-4000 см2/г,	Марки 400 и 500; Rсж в возрасте 3 сут. 25-28 МПа; повышенное тепловыделение; теряет активность при длительном хранении	Для сборного железобетона; при зимнем бетонировании; в монолитных немассивных железобетонных конструкциях
Особобыстротвердеющий высокопрочный портландцемент (ОБТЦ)	С3S - 65-68%, С3А 8%, Sуд 4000-5000 см2/г,	Марка 600 Rcж в возрасте 1 сут.= 20-25 МПа Rcж в возрасте 3 сут.= 40 МПа	Для сборного железобетона; при зимнем бетонировании; в высокопрочных бетонах М500-М600; для изделий специального назначения
Сульфатостойкий портландцемент	С3S 50%, С3А 5%, (С3А+ С4АF) 22%	Стойкость к сульфатной коррозии; низкое тепловыделение; марки 400, 500; повышенная морозостойкость	Для бетонов, подверженных сульфатной агрессии; для бетонной повышенной морозостойкости.
Пластифицированный портландцемент	Вводимая при помоле клинкера добавка ПАВ (поверхностно активных веществ, например ЛСТ) 0,15 - 0,25% от массы цемента	Пластифицирует растворные и бетонные смеси: 1) уменьшается водоцементное отношение В/Ц, повышается плотность, морозостойкость, водонепроницаемость; 2) снижается расход цемента.	При изготовлении монолитного бетона; для гидротехнических сооружений; дорожных и аэродромных покрытий
Гидрофобный портландцемент	Вводимая при помоле клинкера гидрофобная добавка ПАВ (мылонафт, асидол) 0,1 - 0,2 % от массы цемента	Пониженная гигроскопичность при хранении; пластифицирует бетонные и растворные смеси; повышает морозостойкость и водонепроницаемость бетона	При длительном хранении и дальних перевозках; для наружной штукатурки зданий; в дорожном и аэродромном строительстве
Белый портландцемент	Сырье: чистый известняк , белые глины; Топливо; беззольное (газовое); практическое отсутствие C4AF	Марки 400 и 500; Белый цвет (три сорта в зависимости от степени белизны)	Для цветных декоративных портландцементов; для архитектурно-отделочных и декоративных работ
Пуццолановый портландцемент	Вводимые при помоле клинкера активные минеральные добавки (вулканические туфы, пеплы, пемзы, диатомит, опока, золы ТЭС и др.)- 20-40%	Стоек против коррозии I вида и в сульфатных водах; пониженное тепловыделение; высокая водостойкость; твердеет медленно; пониженные морозостойкость и воздухостойкость	Для подземных и подводных частей сооружений; внутренних частей массивных сооружений (плотин, шлюзов и т.д.), строительства туннелей
Шлакопортландцемент (ШПЦ)	Вводимые при помоле клинкера добавки доменного (или электротермофосфорного) гранулированного шлака 21-80%	Стоек в мягких и сульфатных водах; низкое тепловыделение, умеренная водопотребность, более высокая воздухостойкость и морозостойкость чем у пуццоланового цемента	В гидротехническом строительстве, для жаростойких бетонов, для сборных бетонных и железобетонных конструкций с тепловлажностной обработкой