61. Глиноземистый цемент.

ГЦ называется быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, состоящее преимущественно из низкоосновных алюминатов кальция и получаемое тонким измельчением обожженной до плавления или спекания сырьевой смеси извести (известняка) и бокситов. Иногда вводят до 20…30% кислого доменного шлака, что приводит к снижению экзотермии, уменьшению усадки, снижению стоимости. Применяется как в чистом виде, так и в качестве компонента расширяющихся, быстротвердеющих, огнеупорных и др спец вяжущих.

Химический состав глиноземистых цементов подвержен значительным колебаниям, %: СаО - 35…45; Al₂О₃ – 30…50; SiO₂ - 5…10; Fе₂О₃ – 5…15.

Минеральный состав глиноземистых цементов пред­ставлен преимущественно низкоосновными алюмината­ми кальция СаО·А1₂О₃ и СаО·2А1₂О₃, которые и обуслов­ливают его свойства как быстротвердеющего вяжущего вещества. При этом главная роль принадлежит однокальциевому алюминату СА; количество 12СаО-7А1₂О₃ и СА₂ в обычных цементах невелико; первый из них присутствует в высокоизвестковых цементах, второй - в малоизвестковых, используемых в производстве огнеупорных бетонов и изделий.

СА в смеси с водой гидратируется и дает камень высокой прочности. Двенадцатикальциевый семиалюминат (который иногда пред­ставляют как 5СаО-ЗА1₂Оз) в смеси с водой быст­ро схватывается и твердеет, прочность его достигает вначале значительной величины, а с течением времени снижается. СА₂, содержа­щийся в обычных цементах примерно в пределах 20…30 %, при твердении характеризуется высокой прочно­стью, но нарастающей относительно медленно.

Для ПРОИЗВОДСТВА глиноземис­того цемента используют чистые известняки и бокситы. Химический состав бокситов характеризуется следующим предельным содержанием главнейших оксидов, считая на безводное вещество, %: А1₂О₃ – 40…75; Fе₂О₃ – 5…30; SiO₂ - 2…15; TiO₂ - 3,5. Коэффициент качества бокситов (К=Al₂O₃/SiO₂)

Для обжига сырьевых материалов применяют тепловые установки различных конструкций. Выбор их определяется качеством сырьевых материалов, в частности содержанием вредных оксидов кремния, магния и отчасти железа. Обжиг ведут до спекания или до плавления. При обжиге до спекания (t=1150…1250ºC) применяют вращающиеся, шахтные печи, а также спекательные решетки, работающие на газообразном и жидком топливе, а также на малозольном угле. Обжиг до плавления (t=1380…1600ºС) ведут в вагранках, электрических и доменных печах. Выпускают его из печи в виде расплава строго определенного химического состава. Плавка в электрических печах позволяет использовать бокситы с большим количествам примесей.

Твердение ГЦ: при взаи­модействия составляющих минералов, в первую оче­редь однокальциевого алюмина­та СА, с водой образуются кристаллогидратные алюминаты Cа, образуются соединения на 10H₂O, которые затем перекристаллизовываются на 8H₂O. Однокальциевый алюминат при ограниченном количест­ве воды в смеси и при температуре не выше 20…22 °С реагирует по схеме СаО·А1₂О₃+10Н₂О = СаО·А1₂О₃·10Н₂О.

Через сутки достигается 75…90% от конечной прочности, а через 3 суток набор прочности полностью завершается. При t-рах твердения выше 25ºС наблюдается падение прочности по ряду причин: начинается перекристаллизация, потеря значительного количества связанной воды (до 53%) -> нарастание пористости и усадки. Твердение также сопровождается интенсивным тепловыделением, что может приводить к возникновению больших напряжений.

Начало и конец схватывания – 15…25 мин, гипс удлиняет сроки до 45 мин. Бетон на ГЦ обладает высокой морозо-, паро- и водостойкостью, практически не содержит свободного Ca(OH)₂, пористость по сравнению с ПЦ в 1,5…2 раза ниже.

62. Разновидности портландцемента (БТЦ, ССПЦ, ПЦ с гидрофобными и пластифицирующими добавками, белый и цветные ПЦ).

Для удовлетворения специфических требований служат особые виды ПЦ (БТЦ, сульфатостойкий, белый, гидрофобный и др.) или указываются области их применения (ПЦ для автодорог, асбестоцементных изделий, тампонажный и др.).

1. БТЦ (Быстротвердеющий ПЦ)

Получают БТЦ совместным тонким помолом специального ПЦного клинкера и гипса. Допускается введение до 10 % активных минеральных добавок осадочного происхождения и до 15 % доменных и электротермофосфорных граншлаков, глиежей.

Клинкер БТЦ содержит C₃S – 60…65 %, C₃A до 8 %, свободного CaO до 0,5 % и MgO не более 5 %. Гипс вводят не более 3,5 % в пересчете на SO₃. Коэффициент насыщения БТЦ находится в пределах 0,9-0,92, тонкость измельчения выше, чем у ПЦ (до 3500…4000 см²/г).

Интенсивность твердения обусловлена C₁₁A₇CaF₂ (гомогенизирующий алюминат кальция) при взаимодействии с водой.

В первые 3 суток быстрый набор прочности (60…70% марочной). В дальнейшем нарастание прочности замедляется и в 28 суток сравнима с обычным ПЦ. Интенсивность роста прочности изделий на БТЦ возрастает в условиях ТВО при 70…80^оС и через 4…6 часов прочность возрастает до 70-80% марочной. Начало схватывания теста нормальной густоты (27-30%) наступает через 15-30 мин.

К БТЦ относяти: 1) Сульфоалюминатный-белитовый - бесалитом (высокопрочный, безусадочный, получают помолом рядового клинкера с сульфоалюминатной добавкой); 2) ПЦ с введением кристаллизационных добавок-крентов (центров кристаллизации) до 10% - аморфный кремнезем, гидроксид и сульфаты алюминия, получают обжигом мела и отходов кислотной обработки глины, 3) гипсоцементно-пуццолановые вяжущие.

При хранении БТЦ быстро теряет активность, поэтому его необходимо использовать по мере поступления.