9. Глиноземистый цемент

Глиноземистым цементом называют быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путём тонкого измельчения обож­женной до плавления (или спекания) сырьевой смеси бокситов с изве­стняком с преобладанием в готовом продукте низкоосновных алюми­натов кальция.

Главной составляющей частью клинкера является однокальциевый алюминат СаО-А1₂0₃. При затворении порошка глиноземистого цемента водой уплотнение пластичного теста и твердение протекают аналогично обыкновенному портландце­менту.

Нарастание прочности цемента происходит дрвольно быстро. Примерно через 5—6 ч прочность его может достичь 30% и более от марочной, через сутки твердения —выше 80%, а в 3-суточном возрасте — марочной.

ГЦ является быстротвердеющим, но не быстро- схватывающимся вяжущим веществом. ГЦ выпускают трех марок — 400, 500 и 600.

Марка цемента обозначается по пределу прочности при сжатии образ­цов, продвергнутых испытанию в возрасте 3 сут. после твердения в нормальных условиях.

Более благоприятными для твердения глиноземистого цемента являются влажные условия и нормальная температура (20±5°). На­растание прочности цемента в условиях температуры выше 25° умень­шается, возможно даже падение достигнутой прочности и разрушение бетона. Это свойство называют болезнью глинозе­мистого цемента.

При t ниже нормальной и близкой к нулю твердение глиноземистого цемента происходит удовлетворительно, что объяс­няется его высокой экзотермией. В течение 1—3 суток ГЦ выделяет в 1,5—2 раза больше тепла, чем портландцемент. Большая экзотермичность ограничивает применение ГЦ в массивных конструкциях, так как разогрев бетона внутри массива и охлаждение его снаружи вызывают растягивающие напряжения в наружных слоях — образуются трещины.

Бетоны на глиноземистом цементе водо-, воздухо-, и морозо-стойки, а также стойки в условиях пресных и сульфатных вод.

Бетоны на глиноземистом цементе обладают значительной плот­ностью, что и определяет их высокую морозостойкость.

Применение ГЦ ограничено из-за его высокой стоимости (он в 2—3 раза дороже портландцемента), хотя по своим физико-механическим свойствам (скорости твердения, стойкости в различных средах) он превосходит портландцемент и все другие вя­жущие вещества. Применяют глиноземистый цемент в тех случаях, когда более рационально используются его специфические свойства, например при срочных восстановительных работах (ремонт плотин, труб, дорог, мостов, при срочном возведении фундаментов).

Вследствие высокой химической стойкости глиноземистого цемен­та его целесообразно использовать для тампонирования нефтяных и газовых скважин, на предприятиях пищевой промышленности, на травильных и красильных предприятиях, для футеровки шахтных колодцев и туннелей.

ГЦ обладает высокой стойкостью против дей­ствия температуры (порядка 1200—1400° и выше), что позволяет использовать его для изготовления жаростойких бетонов, применяемых в качестве футеровки тепловых аппаратов.

10. Расширяющиеся и безусадочные цементы. Свойства. Применение

Расширяющимся цементом называется продукт, получаемый тща­тельным смешением глиноземистого цемента или портландцемента и расширяющей добавки.

При твердении обычных цементов в условиях недостаточней влаж­ности наблюдаются усадочные деформации вследствие высыхания и уплотнения коллоидных продуктов гидратации цементов. Величина усадочных деформаций зависит от состава цемента. В ряде случаев, когда усадочные деформации недопустимы, необходимо применять безусадочный или расширяющийся цемент. Такие цементы нужны для зачеканки и гидроизоляции швов тюбингов туннелей, раструбных труб и аналогичных элементов, для получения плотных стыков в сборных бетонных и железобетонных конструкциях, для заделки фун­даментных болтов, устройства торкретных и других гидроизоляцион­ных покрытий на трубах и подземных сооружениях и других строительных нужд.

Известны несколько видов расширяющихся цементов: на основе глиноземистого цемента — водонепроницаемый расширяющийся цемент, гипсоглиноземистый; на основе портландцемента — расширяющийся портландцемент, напрягающий цемент и т. д.

Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) — быстросхватывающееся и быстротвердеющее гидравлическое вяжущее, получаемое путем совместного помола или тща­тельного смешивания тонкоизмельченных глиноземистого цемента и расширяющейся добавки, состоящей из высокоосновных (четырех-кальциевых) гидроалюминатов кальция и полуводного гипса. Дози­ровка компонентов расширяющегося цемента примерно следующая: 70% глиноземистого цемента, 10% высокоосновных гидроалюминатов и 20% строительного гипса (высокопрочного или обычного).

Расширение этого цемента основано на росте кристаллов, образую­щихся при твердении гидросульфоалюмината кальция. Происходит расширение в начальной стадии твердения, когда масса еще может деформироваться. Происходящее при этом твердение основного компонента — глиноземистого цемента — стабилизирует (приостанавли­вает) через 1—2 суток объем расширяющейся добавки.

В процессе твердения расширяющегося цемента образуется более плотный цементный камень, значительно менее водопроницаемый, чем при твердении обычного цемента. Таким образом, расширяющиеся цементы являются и водонепроницаемыми. У ВРЦ начало схватывания должно наступать не ранее 4 мин, а конец—не позднее чем через 10 мин после затворения. Предел прочности при сжатии кубиков размеров 2 x 2 x 2 см из цементного теста 1 : 0 через 3 суток не менее 300 и через 23 суток не менее 500 кГ/см².

Величина относительного линейного расширения твердеющих образцов из цементного теста нормальной густоты в возрасте одних суток при погружении в воду через час после затворения должна находиться в пределах 0,3—1%, а при хранении на воздухе в течение одних суток должна составлять не менее 0,05%, а в течение 28 суток — не менее 0,02%. Через сутки твердения образцы должны быть пол­ностью водонепроницаемы при гидростатическом давлении до 6 am.

Водонепроницаемый безусадочный цемент (ВВЦ). В состав его входят примерно 85% глиноземистого цемента, 10% гипса и 5% изве­сти.

Начало схватывания должно наступать не ранее 1 мин, а конец не позднее 5 мин. Предел прочности при сжатии кубиков размером 2 x 2 x 2 см из цементного теста через 28 суток должен быть 300 кГ/см². Величина относительного линейного расширения цемента ЩБЦ при погружении в воду через 1 сутки должна находиться в пределах 0,01—0,1%.

Расширяющийся портландцемент (РПЦ) — гидравлическое вяжущее вещество, быстро твердеющее при пропаривании. Получают его путем совместного помола портландцементного клинкера (60—65%), высокоглиноземистых шлаков (5—7%), двуводного гипса (7—10%) и активной минеральной добавки (20—25%). Расширение РПЦ основано на образовании гидросульфоалюмината кальция.