Yoga-mgn.ru

Строительный журнал
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Глиноземистый цемент, его разновидности, состав и применение

Состав, свойства и применение глиноземистого цемента

Особую быстродействующую строительную смесь, отличительной чертой которой является затвердевание не только в воздушной среде, но и в водной, называют глиноземистым цементом. Получение этого материала осуществляется по специальной технологии, при которой исходное сырье обогащается глиноземом, обжигается в электродуговых или доменных печах, а затем измельчается. Именно из этой смеси готовят жаростойкий бетон.

Характеристики, свойства и виды

Производство глиноземистого цемента устроено таким образом, что из общего состава удаляются все компоненты, снижающие его качество, например, частицы кремнезема или железа. Затвердение приготовленной смеси начинается примерно через 45 минут, поэтому работать с таким раствором нужно очень быстро, не замешивая больших порций. Время полного схватывания составляет около 10 часов.

Глинозем от других видов цемента отличают следующие особенности:

  • Прочность смеси появляется еще на ранних этапах схватывания и быстро нарастает.
  • Применение раствора возможно и при отрицательных температурах (до -10°) без необходимости подогрева ― при его затвердении происходит достаточное выделение тепла.
  • Глиноземистый (алюминатный) цемент обладает повышенной прочностью и плотностью готовых материалов, поэтому бетонный камень практически не боится воздействия агрессивных жидкостей и газов различного химического состава.
  • Сырье выгодно отличается от иных видов портландцемента, поскольку имеет высокие характеристики термостойкости и огнеупорности. Если добавить в смесь хромированную руду, шамот, магнезит, то раствор может быть использован для получения специального огнеупорного бетона гидравлического твердения.

Алюминатный цемент классифицируется по показателю прочности на сжатие и, исходя из этого свойства, его разделяют на марки: ГЦ-40, ГЦ-50 и ГЦ-60, где возрастание цифры характеризует увеличение стойкости готового бетона. В обычном строительстве чаще используется цемент с более низким показателем ― ГЦ-40, так как его цена скромнее остальных марок, а прочности и огнеупорных качеств достаточно для выполнения многих работ.

Особенности применения

Основной отраслью использования бетонов этой категории является промышленное строительство, потому как именно на таких объектах часто требуются материалы, способные выдерживать высокие температуры (до 1300°С), воздействие агрессивных сред, обладающие высокой прочностью.

Но, кроме этого, глиноземистый огнеупорный бетон используют для:

  • Возведения железобетонных и особо прочных бетонных сооружений, когда основные показатели строительных блоков и соединяющих растворов должны достигнуть максимума уже в 1-2 сутки.
  • Создания пробок (тампонирования) в породах или конструкциях с целью остановки водного потока; в холодных нефтяных скважинах, для заделки трещин в водных сооружениях.
  • Строительства подземных конструкций, а также водных портов, где от материалов требуются характеристики повышенной устойчивости к воздействию сульфатами и влагой.
  • Ремонта различных видов морского транспорта, например.
  • Возведения сооружений из железобетонных блоков и их производства (в этом случае глиноземистый цемент применяют в качестве вещества, ускоряющего процессы твердения).
  • Установки быстрого фундамента под строительные сооружения и производственные машины.
  • Устранения повреждений мостов, заливки анкерных болтов.
  • Возведения сооружений и изготовления различных промышленных емкостей, требующих стойкости к воздействию соединениями серы, различными органическими кислотами, и растворами солей.

Сырьем для изготовления этого вида цемента служат чистые известняки и бокситы, к которым примешиваются прочие элементы, если готовым изделиям нужно придать определенные свойства. Сегодня его производят двумя методами — спеканием и плавлением шихты. Выбор технологии зависит от того, какой состав имеют используемые бокситы, от содержания в них кремниевой кислоты и оксидов железа, а также от качества кокса.

Производство этим способом требует высокого качества бокситов, поскольку они являются основным сырьем, к которому добавляют кокс и известняк. Смесь загружается в ватержакетные печи (с водяным охлаждением). Плавление происходит за счет подачи через фурмы нагретого в рекуператорах воздуха. Далее масса пропускается через летку, охлаждается в изложницах печи и поступает в дробилку, где происходит ее измельчение. Печи работают на пылевидном топливе, а дробилки оснащаются многокамерными мельницами.

Иногда для производства специального цемента используют способ электроплавки. Его отличие в том, что в процессе изготовления выплавляется ферросилиций, а это позволяет очистить смесь от кремниевой кислоты.

Редко может применяться метод дуговой плавки, для которого требуются специальные печи переменного тока, но глиноземистый цемент, произведенный этим способом, отличается наиболее высоким качеством.

Подготовка сырья заключается в измельчении и смешивании всех составляющих с последующим их брикетированием или гранулированием. При этом известняк предварительно кальцинируют, а бокситы прокаливают, используя коксосодержащую шихту.

Температура в электродуговых печах достигает максимально высокого уровня, за счет чего кремнезем, содержащийся в шихте, проходит восстановление до кремния, который вступает в реакцию с железом и в результате образует ферросилиций.

Доменная печь также может использоваться для производства этого вида, а точнее, ― высокоглиноземистого шлака с большим содержанием кремнезема и отсутствием железа, с последующим его измельчением. Но такой материал имеет низкие характеристики прочности в начальных стадиях процесса твердения.

В этом случае производство осуществляется в обычных заводских печах при относительно невысоких температурах. При медленном охлаждении полученной смеси геленит кристаллизуется в стеклообразную форму. Но, если температура в процессе спекания была ниже требуемой, произойдет кристаллизация алюминатов кальция. Важно не допустить образования стекла в будущем цементе, поэтому для расплава организуют системы сверхбыстрого охлаждения с целью предотвращения выпадения кристаллов геленита. На выходе из доменной печи смесь подвергается грануляции паровоздушным потоком.

Цемент, полученный этим способом, отличается более высоким качеством и показателем прочности, в сравнении с тем, охлаждение которого проходило медленно.

Купить цемент этой категории не составляет труда, он есть в большинстве специализированных магазинов в свободной продаже. Цена зависит от производителя и объема фасовки. Как правило, цементная высокопрочная смесь российского производства стоит гораздо дешевле импортной.

Для сравнения, тонна ГЦ-40 российских изготовителей обойдется покупателю примерно в 20 800 рублей. Это же количество цемента, произведенного в Турции, будет стоить 21 500 рублей, в Польше ― 26 600 рублей.

В строительных магазинах можно купить специальный высокопрочный цемент в мешках весом в 20 кг, стоимость которых находится в пределах 500 рублей.

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.

Кроме того, глиноземистый цемент является компонентом многих расширяющихся цементов, которые даже при твердении на воздухе имеют небольшое увеличение в объеме. Безусадочные цементы — это расширяющиеся цементы, у которых расширение только компенсирует усадку. Поэтому такие цементы как бы сами уплотняют себя, делая бетон водонепроницаемым. Если расширяющиеся цементы используются в железобетонных конструкциях, то эффект расширения вяжущего может вызывать натяжение арматуры и сжатие самого бетона, что дополнительно защитит его от образования трещин (параграф 13.1). Такие цементы называют напрягающими.

Читать еще:  К силикатной промышленности относят производство стекла, керамики и цемента.

Эффект расширения вяжущего может быть достигнут различными методами, например путем гашения свободного СаО, добавляемого в твердеющее вяжущее, либо с помощью образования эттрингита — гидросульфоалюмината кальция ЗСаО • • А1203 * 3CaS04 • (31. 32)Н20. Последнее возможно при взаимодействии алюминатов и сульфатов кальция в водной среде.

В твердеющем материале протекают два процесса — расширение, обусловленное процессом кристаллизации эттрингита (или гашения СаО) с увеличением объема новообразований и ростом внутренних растягивающих напряжений, и препятствующий расширению процесс — рост прочности самого цементного камня. Если рост расширяющихся новообразований будет протекать при недостаточной прочности цементного камня, то податливая гелеобразная масса будет сжиматься и заметного расширения не произойдет. И наоборот, если рост расширяющихся новообразований будет продолжаться, когда цементный камень набрал достаточно высокую прочность, то напряжения, обусловленные ростом кристаллов в ограниченном объеме, могут вызвать падение прочности и даже разрушение цементного камня.

В свою очередь деформации расширения могут быть свободными и связанными, т. е. когда расширение цементного камня ограничено арматурой или кондуктором (формой). Деформации бетона при свободном расширении выше, чем при связанном, что обусловлено низкой прочностью цементного камня в раннем возрасте и его неспособностью напрягать кондуктор, а в более позднем возрасте — появлением микро- и макротрещин, которые увеличивают свободное расширение, но не вызывают дополнительного самонапряжения.

Связанные деформации вызывают самонапряжение, противодействуют развитию усадочных деформаций и способствуют самоуплотнению цементного камня, усилению контакта камня с заполнителем и кристаллизационных контактов. При изготовлении преднапряженных железобетонных конструкций в этом случае меньше потери преднапряжения и выше трещиностойкость получаемых изделий.

Главной задачей при разработке составов расширяющихся и безусадочных вяжущих является правильный выбор не только вида и количества расширяющихся компонентов, но и момента их образования относительно процесса формирования структуры цементного камня. Для различных видов расширяющихся цементов период наиболее интенсивного и безопасного расширения цементного камня составляет от 12 ч до 3. 7 сут. в зависимости от свойств основного структурообразующего вяжущего.

Для обеспечения образования эттрингита в смесях с безусадочными и расширяющимися цементами должна присутствовать вода в продолжение всего периода твердения. Кроме того, эти Цементы нельзя применять при работе конструкций при температурах выше 80 °С, так как постепенно разрушается важный кристаллический компонент цементного камня — эттрингит: он отдает кристаллизационную воду, что сопровождается падением прочности.

Расширяющийся водонепроницаемый цемент получают совместным помолом глиноземистого цемента (70 %), гипса (20 %) и высокоосновного гидроалюмината кальция C4AHi3 (10 %). Он является быстросхватывающимся и быстротвердеющим гидравлическим вяжущим веществом (RcyK через 6 ч — не менее 7,5 МПа, через 3 сут. — не ниже 30 МПа).

Линейное расширение твердеющего цемента на воздухе составляет в возрасте 1 сут. не менее 0,05 %, в возрасте 28 сут. -не менее 0,02 %. Цемент используют при восстановлении железобетонных конструкций, для гидроизоляции подземных сооружений, зачеканки трещин и стыков.

Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент получают совместным помолом высокоглиноземистых шлаков (70 %) и двуводного гипса (30 %). Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент имеет начало схватывания не ранее 20 мин и конец схватывания не позднее 4 ч от начала затворения. При необходимости могут использоваться замедлители сроков схватывания -ЛСТ, бура, уксусная кислота и др. Линейное расширение твердеющего цемента в состоянии теста нормальной густоты при твердении на воздухе составляет в возрасте 28 сут. не менее 0,1 %. Предел прочности при сжатии через 1 сут. твердения составляет 35 МПа для марки 400 и 45 МПа — для марки 500. Марки цемента соответствуют трехдневному возрасту. Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент применяют для получения безусадочных и расширяющихся водонепроницаемых бетонов, гидроизоляционных штукатурных растворов, при бурении скважин и т. п. Он обладает морозо- и атмосферостойкостью в растворах и бетонах, изготовляемых на его основе.

Напрягающийся цемент (НЦ) получают совместным помолом клинкера портландцемента (65. 75 %), двуводного гипса (6. 10 %) и высокоглиноземистого компонента (13. 20 %)• Сроки схватывания: начало — не ранее 30 мин, конец — не позднее 4 ч. Прочность через’ 1 сут. — не менее 15 МПа, через 28 сут. — не менее 50 МПа.

Напрягающий цемент обладает способностью к значительному расширению (до 4 %) при твердении в состоянии цементного теста нормальной густоты. В железобетоне НЦ создает после отвердевания в арматуре предварительное напряжение. Этим свойством как функцией химической энергии цемента пользуются при изготовлении предварительно напряженных железобетонных конструкций. С учетом величины достигаемой энергии самонапряжения, т. е. удельного давления в МПа, развиваемого при твердении НЦ в условиях ограничения свободного расширения, выделяют его разновидности НЦ-2, НЦ-4 и НЦ-6. Напрягающий цемент отличается также повышенными показателями водо- и газонепроницаемости, морозостойкости, прочности при растяжении и изгибе. Марки цемента (400 и 500) определяются испытанием образцов-балочек из цементно-песчаного раствора состава 1 : 1 в возрасте 28 сут.

Напрягающий цемент применяют для изготовления конструкций из самонапряженного железобетона, а также для гидроизоляции шахт, подвалов, зачеканки швов и т. д.

Перспективная область применения бетонов и растворов на расширяющихся и безусадочных вяжущих — бесшовные тонкослойные стяжки или лицевые покрытия полов большой площади. С помощью полимерных модификаторов таким смесям придают свойство самовыравнивания, а эффект безусадочности гарантирует трещиностойкость покрытия. Быстрое твердение и защитные полимерные добавки обеспечивают необходимое количество воды для протекания полной гидратации без какого-либо специального ухода.

Цемент на основе глинозема

Покупая материалы для строительства, покупатели обращают внимание на цемент из глинозема. ГЦ незаменим при скоростном бетонировании, проведении аварийно-восстановительных работ, создании огнеупорных и железобетонных изделий.

Быстротвердеющий цемент – продукт промышленной переработки специальной сырьевой смеси, включающей известняки и бокситы. Второй из названных компонентов – это гидратированная форма глинозема, источника оксида алюминия. Чтобы приготовить обычный ГЦ (он содержит 35-55 % Al2O3), сырьевую шихту плавят в индукционных, доменных или барабанных печах при температуре 1450—1480°C. Для получения высокоглиноземистого ВГЦ (процент содержания Al2O3 более 70 единиц) температуру нагрева повышают до 1700-1750°C. Образовавшийся после плавления шихты клинкер медленно охлаждают, дробят, а затем тонко измельчают в шаровых мельницах. Порошок пропускают через электромагнитный сепаратор для удаления ненужных примесей – ферросилиция, железа.

Если в обычный портландцемент вводят различные активные присадки минерального происхождения, то для получения ГЦ их используют в ограниченном количестве. Технология допускает применение не более 2 % угольной мелочи и сажи, облегчающих процесс помола. Бывает, что в клинкер в качестве гидравлической добавки вводят до 30% кислого гранулированного доменного шлака – в итоге уменьшается цена готового продукта, снижается усадка бетонных конструкций, изготовленных из ГЦ.

Характеристики и свойства

Растворы отличаются высокой скоростью твердения: оно начинается уже через 45 минут после нанесения, а полностью смесь схватывается через 10 часов. Портландцемент достигает нормативных прочностных показателей за 28 суток, а глиноземистый аналог – не более чем за 3 суток (причем, даже во влажной среде).

1. Выделение большого количества тепла при твердении (экзотермическая реакция).

Благодаря этому качеству строительные смеси используют без подогрева даже при минусовых температурах (до -10°C). Интенсивное тепловыделение способствует нарушению межмолекулярных связей и потере прочности (особенно массивных бетонных изделий), делает материал непригодным для использования при жаре свыше +30°C. Чтобы ослабить экзотермию, вводят специальные присадки.

2. Повышенная стойкость к высоким и низким температурам, огнеупорность.

Добавляя в материал в нужных пропорциях шамот, магнезит, хромитовую руду, получают гидравлически твердеющий глиноземистый огнеупорный бетон или раствор. Жаростойкость даже при температурах в диапазоне 1200-1400°C объясняется отсутствием гидроксида кальция (он входит в обычный портландцемент). Это химическое соединение при нагреве уже до 500°C преобразуется в оксид кальция, при увлажнении растет в объеме и разрушает структуру.

3. Высокая плотность и прочность готовых конструкций.

Они обусловлены крупнокристаллической структурой глинозема, не склонной к деформации. Бетон получается стойким к коррозии, влиянию всевозможных агрессивных сред – как жидких, так и газообразных (эти особенности важны при изготовлении армированных изделий). Более устойчив к сернистым соединениям кальция и магния, хлоридам щелочных металлов.

В искусственном камне из ГЦ в полтора раза меньше пор, чем в аналоге из портландцемента, поэтому застывший глиноземистый бетон почти не пропускает влагу. Низкая пористость связана с тем, что вода активно вовлекается в гидратные соединения.

Обычный алюминатный цемент делят на три группы в соответствии с их прочностными показателями.

ОбозначениеПредел прочности на сжатие, МПа
Возраст
24 часа72 часа
ГЦ-4022,540
ГЦ-5027,450
ГЦ-6032,460

В рядовом строительстве принято использовать марку ГЦ-40: прочность и огнеупорные свойства вполне удовлетворяют техническим условиям многих операций, а стоимость ниже, чем у аналогов.

Особенности применения

Цемент незаменим в тех областях промышленного строительства, где необходимо выдерживать низкие и высокие температуры, разрушительное воздействие воды (особенно морской) и химических растворов, сильные нагрузки.

Применение смесей из ГЦ осуществляется по следующим основным направлениям:

  • Возведение конструкций из бетона или железобетона при условии, что технические характеристики строительных блоков и цементных составов должны возрасти до максимума уже в первые сутки. Например, это быстрое изготовление фундамента под станочное оборудование.
  • Ремонтно-аварийные работы – устранение пробоин в кораблях, портовых сооружениях, ликвидация повреждений мостов, заливка анкеров.
  • Производство промышленных резервуаров для органических и низкоконцентрированных неорганических кислот, других химических растворов.
  • Строительство метро; в местах, где конструкции подвергаются влиянию грунтовых вод.
  • Для каминов, ремонта дымоходов.
  • Футеровка печей.

Специальные разновидности глиноземистого цемента

Широко практикуют применение ГЦ для изготовления быстротвердеющих, различных вариантов расширяющихся составов. Им свойственно увеличение объема в процессе твердения и, соответственно, уравновешивание усадки конструкции, а также самоуплотнение. Для получения подобных материалов порошок из глинозема комбинируют с различными ингредиентами.

  • Расширяющийся цемент с гипсом. Также добавляют дробленые доменные шлаки. Скорость схватывания максимальна – 20-30 минут, а когда он оказывается в воде, начинается его расширение. Устойчивость к солевым растворам зависит от соотношения ингредиентов.
  • Водонепроницаемый с низкой усадкой. Смесь готовят на базе ГЦ (86 %) с добавлением гашеной извести и полугидрата гипса. Быстротвердеющий низкопористый материал рекомендуется использовать для гидроизоляции бетонных конструкций.
  • Водонепроницаемый расширяющийся. Перечень его компонентов тот же, что и у предыдущего – отличаются лишь пропорции. Через 5 часов после нанесения прочность достигает 7,5 МПа. Сфера применения – выполнение гидроизоляции бассейнов, трубопроводов, туннелей, судоходных шлюзов.

Жаростойкость огнеупорного раствора и назначение определяется минеральным составом: чем больше в нем глинозема и меньше других примесей, тем более высокие температуры выдерживает. Бетоны, замешанные на алюминатном цементе с шамотным заполнителем (крупным или мелким), сохраняют свои качества при температуре 1200—1300°. Если приготовлен с добавлением высокоогнеупорных хромитов, работает при температурном режиме 1400—1600°С.

Стоимость ГЦ в Москве и Московской области

Цена цемента из бокситов достаточно высока из-за больших затрат на производство. Переработка сырья энергоемкая, технологически сложная, она требует строгого соблюдения температурных режимов, использования высокопрочных дробилок и мельниц, печей с электронным управлением, дорогостоящих добавок. Средняя стоимость самой востребованной марки ГЦ-40 приведена в таблице.

Читать еще:  Устройство полов в подвале жилого пятиэтажного дома

Глиноземистый цемент, его разновидности, состав и применение

Строительные материалы одного назначения отличаются между собой распространённостью и особенностями применения. Одна часть из них используется массово, другая – имеет узкую специализацию. Глиноземистый цемент относится к специальным вяжущим материалам, имеющим ограниченную сферу применения и незаменимым в ряде случаев.

Производство глиноземистого цемента

Отличие материала от привычного портландцемента состоит в повышенном содержании глинозема (оксида алюминия) и практически полном отсутствии кремнезема (диоксида кремния). Технологический цикл производства цемента заключается в термической обработке исходных компонентов – высокоглиноземистых бокситов и известняка высокой чистоты. Бокситы содержат большое количество оксида алюминия, а чистый известняк представляет собой карбонат кальция.

Принципиально существуют два пути производства:

  • Способ, основанный на плавлении реакционной массы. Компоненты смешиваются в заданных пропорциях и плавятся. Образованный расплав выдерживается для достижения однородности, после чего охлаждается и дробится до мелкодисперсного состояния.
  • Приготовление цементного клинкера – спекшегося при высокой температуре брикета. Перед спеканием компоненты измельчаются, затем перемешиваются и помещаются в печь. Нагревание происходит до температур немного ниже температуры плавления – это позволяет зернам клинкера спечься между собой без перехода в жидкое состояние.

На видео показан процесс помола полученного клинкера до цемента:

Свойства цемента – стандартные характеристики

Технологические и эксплуатационные параметры материала, а также его марки, установлены ГОСТ 969-91. Если содержание оксида алюминия находится в интервале от 35 до 65 %, то цемент относится к глиноземистому. Высокоглиноземистой является смесь, содержащая более 65 % оксида алюминия.

Глиноземистый цемент представлен тремя марками, отличающимися выдерживаемым давлением (в МПа), и обозначается как ГЦ 40, ГЦ 50 и ГЦ 60. Сроки схватывания характеризуются узким диапазоном: начало происходит не ранее 45 мин., завершение – не позднее 10 часов (в действительности обычно 5-6 часов).

Предел прочность высокоглиноземистых цементов (обозначаются как ВГЦ) существенно ниже – 25 и 35 МПа. Их отличие заключается в уменьшенном до 30 мин. начале схватывания и высокой огнеупорности. Минимальная гарантированная огнеупорность составляет 1580 °С, а максимальная – 1670 °С.

Глиноземистые цементы обладают меньшей усадкой, чем портландцемент. Для производства саморасширяющихся смесей в состав вводят добавки негашеной извести или гипса.

Расширение раствора при добавлении извести достигается за счет её гашения водой, происходящего с увеличением объёма. В случае гипса (обводнённого сульфата кальция), происходит его реакция с алюминатом кальция, содержащимся в исходном составе цемента. Образующееся соединение (эттрингит) расширяет структуру раствора при затвердевании.

Основные показатели глиноземистого цемента

Цемент (клинкер 75%, гипс 13%, напрягающая 12%)Показатели
Сроки схватыванияначало 3,05 — конец 4,20
Прочность при изгибе, МПа, в 28сут.6,00
Прочность на сжатие, МПа, в 28сут.41,26
Самонапряжение, МПа, в 28сут.2,13
Линейное расширение, %0,31
Водопоглощение, %0,34
Удельная поверхность, м2/г390

Применение глиноземистых цементов в бытовом строительстве

Промышленные, хозяйственные и оборонные направления не могут обойтись без использования глиноземистого цемента. В быту его необходимость существенно меньше – лишь в некоторых случаях могут понадобиться особые качества огнеупорности, высокой водонепроницаемости и малой усадки.

Основные области применения глиноземистого цемента в домашнем строительстве следующие:

  1. создание водонепроницаемого покрытия. Подобные цементные смеси полезны для приготовления наружной штукатурки, а также строительства бань, душевых кабинок и каналов водоотведения;
  2. использование в качестве компонента густых замазок и клеев. Быстрая схватываемость обеспечивает отсутствие потёков и возможность применения в любое время года, за исключением очень сильных морозов;
  3. возведение фундаментов в северных регионах страны. Хотя строительство рекомендуется проводить при плюсовых температурах, иногда требуется работать зимой на открытом пространстве. Какие-либо ограничения по применению глиноземистого цемента до температуры -10 °С отсутствуют (см. ниже);
  4. облицовка печей, а также применение в качестве связующего материала кладки из огнеупорных кирпичей. Для обработки ответственных стыков, к которым предъявляется требование высокой газонепроницаемости, нужно применять только специально подобранный производителем состав.

Купить для работы нужную марку глиноземистого цемента можно в любом строительном магазине.

Примеры использования глиноземистого цемента в строительных работах

Особенности эксплуатации

Твердение алюмината кальция при связывании с водой, представляет экзотермическую реакцию, происходящую с выделением тепла.

С этим свойством связаны достоинства и недостатки материала:

  • повышение температуры цементного раствора выше 30 °С чревато уменьшением прочности конструкции в 2-3 раза. Используя готовые цементные смеси, следует придерживаться рекомендаций производителя по максимально допустимой температуре в помещении или на воздухе;
  • выделение тепла происходит постепенно, что подпитывает реакционную смесь на протяжении всего периода схватывания. Именно это позволяет проводить бетонные работы, в том числе ремонты, при отрицательных температурах. Вода в растворе подогревается и не кристаллизуется, обеспечивая нормальное протекание реакции затвердевания.

Порядок работы, подготовка и приготовление раствора

Если неправильно приготовить смесь, её в итоге придется переделывать. Это чувствительно ударит по кошельку, учитывая высокую стоимость материала.

Порядок работы с глиноземистым цементом заключается в следующем:

  1. разрыхление цементной смеси, в случае слежавшегося материала. Свежий цемент, не имеющий твердых комочков и крупных конгломератов, добавляется в бетономешалку из мешка сразу;
  2. добавление указанных производителем пропорций компонентов. Если не будет соблюдено оптимальное соотношение, существует риск утраты прочностных свойств материала;
  3. тщательное перемешивание раствора, необходимое ввиду его высокой вязкости;
  4. выдерживание температурного режима – исходная температура цементного теста должна быть не выше 15 °С (или другой температуры, указанной производителем). Работы не рекомендуется проводить в жаркую погоду – следует дождаться умеренных условий;
  5. очистка инструмента сразу по окончании работ. Из-за высокой скорости схватывания глиноземистого цемента отмыть бетономешалку через несколько часов будет очень затруднительно.

Как приготовить цементно-песчаный штукатурный раствор, расскажет видео:

Оценка материала – достоинства и недостатки

Стоимость – «3». Цена глиноземистых смесей выше, чем самого распространенного портландцемента, в 4-5 раз (20-25 руб./кг). Справедливости ради отметим, что некоторые специальные вяжущие составы стоят еще дороже.

Практичность – «4». Быстрое схватывание может создавать сложности для бытового применения.

Внешний вид – «5». Визуально все разновидности цементов похожи друг на друга.

Простота изготовления – «4». При производстве применяются только очищенные материалы, что усложняет технологический цикл.

Трудоёмкость при использовании – «5». Если соблюдать рекомендации по приготовлению раствора и не мешкать при заливке, трудозатраты не увеличатся.

Экологичность – «3». Мелкодисперсный оксид алюминия на производстве обладает высоким раздражающим эффектом.

Глиноземистый цемент сложно заменить каким-либо другим материалом даже в домашнем строительстве. Водостойкие внешние покрытия стен с его использованием отличаются стойкостью даже по истечении длительного времени. Чтобы не разочароваться в свойствах цемента, следует выдерживать рекомендуемые пропорции компонентов и не применять слежавшиеся смеси.

Виды цемента

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) – это портландцемент с минеральными добавками, который отличается интенсивным нарастанием прочности в первый период твердения. Повышенная механическая прочность БТЦ достигается надлежащим подбором минералогического состава клинкерной марки БТЦ 400 и 500. Для этого вида цемента нормируется прочность не только в 28-суточном возрасте, но и в 3-суточном. Предел прочности при сжатии через 3-е суток должен быть не менее 20-25 МПа соответственно. БТЦ предназначен для изготовления железобетонных конструкций и изделий в заводских полигонных условиях, а также для скоростного строительства. Применение БТЦ дает возможность отказаться от тепловлажностной обработки бетона.

Cульфатостойкий портландцемент. Сульфатостойкость обеспечивается снижением содержания в клинкере алюминатов кальция, главным образом трехкальцевого алюмината 3CaO*Al 2 O 3 (3Ca). Выпускают сульфатостойкий портландцемент, в который не допускается введение активных минеральных добавок и сульфатостойкий портландцемент с активными минеральными добавками. Активность данного цемента меньше, чем БТЦ марки 400 и 500.

Цемент с поверхностно — активными добавками. Для улучшения некоторых свойств цемента допускается введение при помоле поверхностно-активных добавок (пластифицированных и гидрофобных) в количестве 0,3 от массы цемента в пересчете на сухое вещество. Абсорбируясь на зернах цемента, пластифицированные добавки образуют на них защитные пленки, устраняющие сцепление зерен цемента друг с другом. В результате растворы и бетоны на таком цементе приобретают повышенную подвижность и удобоукладываемость.

Гидрофобизирующие добавки. Эти добавки способствуют тому, что порошок цемента в течение 5 мин не впитывает в себя воду. Бетоны и растворы на портландцементе с такими добавками имеют меньшее водопоглощение и пониженную водопроницаемость.

Белые портландцементы. Отличаются от обычных цветом (серый). Сырьем служат известняки и глины, содержащие минимальное количество красящих оксидов: железа, марганца, титана. Тонкость помола несколько выше, остаток носителя не больше 12%.

Цветные портландцементы. Для получения цвета на помол клинкера вводят пигменты. Количество пигмента должно быть: минерального – не более 10%, органического – 0,3%.

Тампонажные портландцементы. Предназначены для тампонирования нефтяных и газовых скважин с целью их изоляции от грунтовых вод. Тампонажным цементам предъявляются жесткие технические требования: высокая текучесть, независимость от температуры и давления, конкретные в зависимости от давления и температуры сроки схватывания, прочность затвердевшего цементного раствора в ранние сроки, обеспечивающая закрепление колонны труб в стволе скважины. Сроки схватывания не ранее 2 часов и не позднее 10 часов.

Пуццолановый портландцемент. Получается местным помолом портландцементного клинкера нормированного минералогического состава, гипсов и активных минеральных добавок. Добавки осадочного происхождения 20-30%. Отличается повышенной сульфатостойкостью, стойкостью в пресных водах, т.к. не содержит CaOH 2 . При повышенных температурах весьма интесивно твердеет, а при автоклавной обработке прочность с бетоном на его основе через 6-8 часов превышает прочность бетона нормального твердения в 28-суточном возрасте.

Недостатки: чувствителен к температурным условиям твердения, при 0 o С полностью перестает твердеть, поэтому непригоден для зимних работ. Имеет пониженную воздухостойкость и морозостойкость.

Выпускают марки 300 и 400. Предназначен для изготовления подземных и подводных конструкций зданий и сооружений. Не допускается его применение для сооружений, работающих в условиях попеременного замораживания и таяния, увлажнения и высыхания.

  • Шлакопортландцемент (ШПЦ).

Получается местным помолом портландцементого клинкера, гипса и гранулированного доменного шлака. Шлаки должны быть не менее 21% и не более 60%. Чем больше шлака, тем меньше активность цемента. Выпускают марки 300, 400, 500. По сравнению с портландцементом ШПЦ характеризуется замедленным нарастанием прочности в первые сроки, в дальнейшем скорость твердения повышается и к 6-12 месяцам его прочность приближается к прочности портландцемента. ШПЦ имеет низкую экзотермию и повышенную устойчивость к агрессивному воздействию. Используют при гидротехническом строительстве, в строительстве портовых сооружений. Не рекомендуется применять ШПЦ для конструкций, подвергающихся попеременному замораживанию и таянию, а также при пониженных температурах.

  • Известковошлаковый цемент (ИШЦ).

Получается совместным помолом доменных шлаков с известью до 30%. Допускается добавка гипса 5% и портландцемента 10-20%. ИШЦ медленно схватывается и медленно твердеет. Прочность изделий на его основе по истечении времени может быть 5-20 МПа. Стоек в пресных и сульфатных водах, на воздухе его прочность снижается. Применяется в строительных растворах для кладки и штукатурки, а также для изготовления низкомарочных бетонов.

Глиноземистый цемент. Это быстро твердеющие в воде и в воздухе высокопрочные выжущие, получаемые путем обжига до спекания смеси материала, богатого глиноземом и оксидом кальция, и последующего тонкого помола продукта обжига. Глиноземистый цемент в отличие от обычного портландцемента не содержит ни гипса, ни минеральных добавок. Качество цемента тем выше, чем больше оксида алюминия. Важнейший минерал глиноземистого цемента алюминат кальция, обеспечивающий при нормальных сроках схватывания быстрое твердение цемента. Глиноземистый цемент быстро твердеет, но не быстро схватывается. Сроки схватывания глиноземистого цемента не ранее 30 мин и не позднее 12 часов. С увеличением тонкости помола цемента и повышением температуры воды сроки схватывания сокращаются. Они резко сокращаются также при добавке извести и портландцемента. Поэтому смешивать глиноземистый цемент с другими вяжущими нельзя. Водопотребность глиноземистого цемента выше, чем у портландцемента (25-28%, у обычных 18%), но вода не остается в свободном состоянии, а идет на гидратацию без образования портландцементного камня. Поэтому плотность камня выше, как и морозостойкость, а усадка меньше. Выпускают три марки: 400, 500, 600. Максимальная прочность, выше на 50% от марочной, достигается к 1-му и 3-м годам твердения. Отличается высокой устойчивостью против сульфатных, хлористых, углекислых и других минерализированных вод. Однако, растворы щелочей разрушают цементный камень. Используют глиноземистый цемент при скоростном строительстве, аварийных работах, зимнем бетонировании. На его основе можно получать жаростойкие бетоны.

Расширяющиеся цементы. Это цементы, растворы на основе которых дают приращение объема. Все эти цементы смешаны, состоят из основного вяжущего и расширяющей добавки. Расширение происходит в результате химической реакции между ними. Известно несколько реакций, вызывающих расширение, а именно гидратация кальция и образование гидросульфоалюмината кальция. Известно несколько видов расширяющихся цементов:

  • Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ). ВРЦ получается на основе глиноземистого цемента и должен удовлетворять следующим требованиям: начало схватывания не ранее 4 мин, конец не позднее 10 мин. Применяют для омоноличивания сборных железобетонных конструкций, гидроизоляции стволов шахт, напорных водопроводных труб, заделки трещин в железобетонных сооружениях.
  • Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент . Сроки схватывания: 10 мин – 4 часа. Расширение должно заканчиваться через трое суток. Применяется для гидроизоляции штукатурок, для заделки швов, для получения водонепроницаемых бетонов.
  • Расширяющийся портландцемент . Сроки схватывания: 30 мин – 12 часов. Применение перечислено выше.
  • Напрягающийся цемент . Это цемент с большим содержанием алюминатной составляющей, что приводит к увеличению объема при твердении. В процессе расширения создает в арматуре предварительное напряжение. Сроки схватывания этих цементов: 30 мин – 4 часа. Прочность через сутки не менее 15 МПа, через 28 суток 50 МПа. Используется в сооружениях, где требуется повышенная газо-, паро- и водонепроницаемость.

Глиноземистый цемент. Виды и применение. Получение и особенности

Глиноземистый цемент (ГЦ) – вяжущий строительный материал, отличающийся высокой скоростью отвердевания, применяемый при изготовлении строительных смесей. Является продуктом помола обожженной массы с высоким содержанием глинозема и окиси кальция. Затвердевание материала происходит в воде и на воздухе. В отличие от обычного цемента, он набирает марочную прочность не за 28 суток, а за 3 дня.

Получения глиноземистого цемента

В качестве сырья для изготовления глиноземистого цемента используются боксит, известняк, а также порода с высокой концентрацией оксида алюминия. По этой причине материал также называют алюминиевым цементом. Это дорогостоящие компоненты, поэтому материал отличается высокой стоимостью.

Производство ГЦ осуществляется плавлением или спеканием сырья. Выбор в пользу той или иной технологии зависит от состава исходного материала. При производстве методом плавления используются бокситы с добавлением известняка и кокса. Масса расплавляется в результате обдува горячим воздухом. Затем она охлаждается и поддается дроблению в порошок. Готовый продукт расфасовывается в бумажные мешки.

Изготовление методом спекания сопровождается меньшими температурами. Для нагрева используются обычные печи. Масса разогревается, после чего медленно остывает, в результате чего кристаллизируется. Спеченная масса перерабатывается в гранулы прямо на выходе из печи.

Где используется глиноземистый цемент

Материал имеет очень высокую температурную устойчивость. Затвердевшие смеси с его содержанием способны выдерживать нагрев до +1700°С, но чаще всего до +1400°С. Благодаря этому материал используется при кладке совместно с шамотным кирпичом и магнезитом. Столь высокая огнестойкость делает ГЦ востребованным в промышленности. Также отличительным качеством глиноземистого цемента является очень высокая скорость отвердевания, и как следствие сжатые сроки ввода в эксплуатацию конструкций из него. Сооружения, построенные с его использованием, набирают прочность быстрее, чем из более распространенного портландцемента. У ГЦ этот период занимает 3 суток, а у портландцемента 28 суток.

Однако высокая стоимость глиноземистого цемента делает нерентабельным его использование в частном строительстве. Температурная же устойчивость материала для большинства строений является избыточной. Для промышленных объектов материал более чем незаменим.

Его применяют при строительстве и ремонте:
  • Нефтяных скважин.
  • Доменных печей.
  • Морских подводных тоннелей и т.д.

Глиноземистый цемент может использоваться для приготовления быстрозатвердивающего бетона. Тот в свою очередь используется для выполнения аварийных работ. Материал уже через 3 дня с момента заливки набирает максимальную прочность и может эксплуатироваться в полной мере. Это исключает необходимость длительной паузы на выстойку отремонтированного объекта. Также из ГЦ делают жаростойкий бетон для эксплуатации в условиях +1200-1700°С.

Отличительные качества
Глиноземистый цемент является уникальным связующим материалом, который одновременно сочетает в себе важные для строительства технические параметры:
  • Быстрое затвердевание.
  • Выделение большого количества тепла при застывании.
  • Широкий диапазон температурной устойчивости.
  • Огнеупорность.
  • Повышенная плотность.
  • Стойкость к химическому воздействию.

Процесс затвердевания начинается через 30 минут с момента его заливки и продолжается до 3-х суток. Это делает данный материал одним из самых эффективных при необходимости срочного ремонта ответственных объектов, таких как мосты, автодороги.

Важным качеством ГЦ выступает его затвердевание с сопровождением выделения большого количества тепла. Как следствие материал можно укладывать в условиях понижения температуры до -10°С. Он сам себя подогревает, компенсируя холод в окружающей среде. При этом наличие мороза никак не влияет на конечную крепость застывшего бетона.

Затвердевший цемент может эксплуатироваться как в холоде, так и при сильном нагреве, вплоть до +1700°С. Он может переносить контакт с открытым пламенем. Материал отличается плотностью. В нем мало пор, что снижает уровень впитывания влаги. После отвердения он имеет малый показатель коррозии. Для него практически неопасны хлориды щелочных металлов, сернистые соединения кальция и магния.

Материал стоек ко всем видам коррозии за исключением обычной щелочной. Но в большинстве случаев конструкции из него не подвержены разрушению, что поддерживается высокой плотностью. Однако «вечность» материала проявляется только при соблюдении некоторых условий при его застывании. Так узкоспециализированные бетоны, содержащие дополнительные добавки для расширения смеси при высыхании, сильно нуждаются в увлажнении. Если этого не делать, то марочная прочность так и не набирается. Как следствие конструкция получается слабее.

Маркировка материала

Для определения технических характеристик ГЦ используется маркировка, как и на прочих подобных материалах. К примеру, ГЦ-40 обозначает, что он имеет крепость в 40 МПа. То есть, такой материал приравнивается к обычному цементу М-400. Данная марка является самой распространенной. Также бывает ГЦ-50 и ГЦ-60.

Кроме данной маркировки, также существует вторая для обозначения высокоглиноземистого цемента. Она обозначается ВГЦ I, ВГЦ II и ВГЦ III. Данный материал содержит в составе большое количество алюминия. Чем его больше, тем крепче застывшая масса. Количество алюминия указывается на упаковке.

Виды
Глиноземистый цемент бывает двух основных разновидностей:
  1. Обычный.
  2. Высокоглиноземистый.

Обычный может иметь различный цвет. Чаще он зеленый, черный, желтый или коричневый. Уровень его прочности зависит от концентрации железа в составе. Высокоглиноземистый существенно крепче. Это узкоспециализированный состав для более серьезных задач. Он быстрее набирает прочность, что делает его очень востребованным для приготовления ремонтного бетона. Продается в мешках массой 40-50 кг.

Нередко цемент продается в виде смеси с добавлением других компонентов, корректирующих его рабочие качества.

В зависимости от примесей ГЦ бывает:
  • Расширяющий.
  • Водонепроницаемый.
  • Расширяющий водонепроницаемый.

Для изготовления расширяющей смеси в состав включается гипс и шлак. Как следствие он увеличивает свой объем после застывания, плотно прилегая и исключая зазоры.

Водонепроницаемый состав содержит полугидрат гипса и гашеную известь. Это делает его устойчивым к воде, к тому же минимизирует усадку. Материал данного типа в первую очередь предназначен для гидроизоляции. Им ремонтируют бетонные трубы систем канализации, кожухи водопроводных труб, отделяя их от осадков.

Расширяющий водонепроницаемый глиноземистый цемент это универсальная смесь. В первую очередь она применяется для гидроизоляции скважин, шлюзов, бассейнов. Материал является востребованным как в промышленности, так и в частном строительстве.

Стоит отметить, что присутствие в составе ГЦ добавок, меняющих его свойства, вносят существенные коррективы. Так приготовленный из них бетон набирает прочность не за 3 суток, а за значительно больший период.

Особенности работы с материалом

Используя глиноземистый цемент при строительстве или выполнении ремонтных работ важно учитывать его особенности. В противном случае материал недополучит прочность, и как следствие готовый объект не будет соответствовать марке прочности. Важно учитывать, что при затвердевании цемент выделяет большое количество тепла. Наиболее интенсивно оно рассеивается в первые сутки. За это время выделяется 70% тепла. Данное свойство позволяет пользоваться материал при морозе -10°С. Однако если окружающая температура и так выше +30°С, то работать материалом не стоит. В таких условиях бетон из ГЦ получает стойкость в 2-3 раза меньшую, от рассчитываемой.

Материал отличается очень высокой плотностью, но при этом низкой устойчивостью к щелочной среде. Это делает сложным его смешивание с гипсом, известью, обычным портландцементом. Если в составе цемента и присутствуют данные компоненты, то у вымеренной пропорции. В домашних условиях их добавление для изменения свойств ГЦ не рекомендуется. При приготовлении бетона нужно использовать только воду и наполнители, такие как песок и щебень.

При работе с материалом необходимо учитывать, что он набирает полную твердость уже через 12 часов. Полный набор марочной прочности происходит через 72 часа. Твердость и прочность это разные показатели, которые не следует путать.

Таким образом, глиноземистый цемент практически не имеет недостатков, за исключением нескольких пунктов:
  • Высокая стоимость.
  • Низкая устойчивость к щелочной среде.
  • Потеря прочности при работе в жару.

Что касается высокой стоимости, то она в 5-6 раз выше, чем у обычного цемента. Это делает бетон из него недоступным для частного строительства. Материал слишком ценный для его расходования при строительстве фундаментов или железобетонных изделий, даже несмотря на скорость застывания и набора прочности.

Глиноземистый цемент имеет ограничение на эксплуатацию в условиях щелочной среды. Это исключает возможность его использования на многих предприятиях химической и текстильной промышленности. Конструкции из него в таком случае постепенно разрушаются от присутствующих там химикатов. Самая большая проблема в невозможности его применения в жару. Если температура будет больше +30°С, то бетон из глиноземистого цемента после застывания будет как минимум в 2 раза менее прочным. Летом он используется с большим количеством ограничений.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector