34.Глиноземистый цемент и его разновидности

Глиноземистый цемент - быстротвердеющее гидравлическое вяжущее, состоящее преимущественно из моноалюмината кальция (СаО • А1203).

Свое название этот цемент получил от технического названия оксида алюминия А1203 - глинозем.

Однако для его получения требуется иной клинкер (не портландцементный).

Этот цемент является быстротвердеющим вяжущим веществом, набирающим через сутки твердения прочность, которая составляет свыше 85 % марочной.

Получение. Сырьем для глиноземистого цемента служат бокситы и известняки.

Бокситы - горная порода, состоящая из гидратов глинозема (А1203 • пИ20) и примесей (в основном Fe203, Si02, СаО и др.).

Бокситы широко используются в различных отраслях промышленности: для получения алюминия, абразивов, огнеупоров, адсорбентов и т. п., а месторождений с высоким содержанием А1203 очень немного.

Производство глиноземистого цемента более энергоемко, чем производство портландцемента.

Клинкер глиноземистого цемента получают либо обжигом до плавления брикетов в электрических или доменных печах при температуре 1400...1500 °С, либо обжигом шихты до спекания во вращающихся печах при температуре 1200... 1300 °С. Затем следует тонкий размол продукта, который сильно затруднен из-за его высокой твердости.

Состав. Химический состав глиноземистого цемента, получаемого разными методами, следующий: СаО - 35...45 %; А1203- 30...50; Fe203 - 0...15; Si02 - 5... 15 %. В минеральном составе клинкера глиноземистых цементов преобладает одно-кальциевый алюминат СаО • А1203 (СА), определяющий основные свойства этого вяжущего. Кроме того, в нем присутствуют: СА2, С12А7; двухкальциевый силикат C2S, отличающийся, как известно, медленным твердением; в качестве неизбежной балластной примеси - геленит 2СаО ■ А1203 - 2Si02.

Твердение. Процесс твердения глиноземистого цемента и прочность образующегося цементного камня существенно зависят от температуры твердения. При нормальной температуре (до +25 °С) основной минерал цемента СА взаимодействует с водой с образованием кристаллического гидроалюмината кальция и гидроксида алюминия в виде гелевидной массы

2(СаО • А12Оэ) + 11Н20 = 2СаО ■ А1203 • 8Н20 + 2А1(ОН)3 + Q.

Суммарное тепловыделение Q у глиноземистого цемента немного ниже, чем у портландцемента (около 300...400 кДж/кг), но протекает оно в очень короткие сроки (в первые сутки выделяется 70...80 % от общего количества теплоты). Поэтому возможен перегрев бетонов на глиноземистом цементе в случае больших объемов бетонирования.

Если же температура твердеющего глиноземистого цемента превысит 25...30 °С, то процесс твердения изменяется, и вместо С2АН8 образуется С3АН6; при этом прочность цементного камня будет ниже в 2...2,5 раза. Поэтому глиноземистый цемент не рекомендуется использовать для бетонирования массивных конструкций, где возможен саморазогрев бетона, а также в условиях жаркого климата. Изделия на глиноземистом цементе нельзя подвергать тепловой обработке. При работах в зимних условиях, напротив, саморазогрев и быстрое твердение делают глиноземистый цемент очень перспективным.

Свойства. Сроки схватывания глиноземистого цемента почти такие же, как у портландцемента: начало - не ранее 30 мин, конец - не позднее 12 ч (реально 4.. .5 ч). После окончания схватывания прочность нарастает очень быстро (лавинообразно).

Глиноземистый цемент выпускают марок 400, 500 и 600, определенных в трехсуточном возрасте, но уже через одни сутки образцы набирают прочность при сжатии соответственно не менее 23, 28 и 33 МПа.

Усадка глиноземистого цемента при твердении на воздухе ниже, чем у портландцемента в 3...5 раз; пористость цементного камня ниже примерно в 1,5 раза. Это связано с тем, что при одинаковой с портландцементом водопотребности глиноземистый цемент при твердении химически связывает 30...45 % воды от массы цемента (портландцемент - около 20 %).

Среда в процессе твердения и в затвердевшем цементном камне у глиноземистого цемента слабощелочная. 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.

Применение. 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. Объясняется это тем, что, во-первЫх, в продуктах твердения этого цемента отсутствует Са(ОН)2 (при нагреве переходит в СаО, который при контакте с водой гасится с увеличением объема) и, во-вторых, 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.