Что такое алюминатный цемент

Технология применения глиноземистого цемента

Глиноземный цемент – важный компонент строительных бетонов и растворов, обладающих высокой жаропрочностью.

Это быстротвердеющее вещество обладает рядом свойств, позволяющих создавать материалы и конструкции, которые невозможно получить, применяя обычный портландцемент.

Что называют глиноземистым цементом

Один из важнейших строительных материалов в условиях повышенной влажности – глиноземистый цемент.

Быстротвердеющее в воздушной и водной среде, это вещество с высокими прочностными показателями незаменимо в строительстве в качестве компонента высокотемпературных и гидроизоляционных растворов и бетонов.

Встречающееся название «глиноземистый портландцемент» не корректно, так как глиноземистый цемент и портландцемент – разные материалы.

В промышленности востребованы два вида алюминатного цемента – глиноземистый (ГЦ) (35% Al₂O₃) и высокоглиноземистый (ВГЦ) (60-80% Al₂O₃).

Различия между глиноземистым и портландцементом

Хотя алюминатная смесь и портландцемент имеют общее назначение, из-за разницы в минеральном составе свойства материалов значительно различаются.

Краткий перечень отличий:

• набор прочности ГЦ протекает как экзотермическая реакция, которая может проходить до суток;
• плотность монолита ГЦ значительно превышает показатели портландцемента;
• водонепроницаемость монолита ГЦ на порядок превышает показатель классического цемента;
• ГЦ достигают расчетной прочности через трое суток, портландцемент выходит на тот же показатель прочности через двадцать восемь суток;
• монолит из алюминатного цемента больше подвержен деструктивному воздействию щелочной среды, чем стандартный материал.

Бетоны на портландцементе во влажной среде быстро теряют свои качества – проникая в поры, влага вызывает коррозию арматуры, а растворимые соли разрушают структуру монолита.

Глиноземистые составы лишены этих недостатков.

Выпуск алюминатного материала составляет меньше 1% от всего объема производимого цемента. Причина – дефицит сырья и высокая стоимость ГЦ.

Технология изготовления

В качестве сырья для получения ГЦ используют известняки CaCO₃ и бокситы с общей формулой Al₂O₃*nH₂O.

Бокситы неоднородны по своему составу и содержат окислы алюминия (Al₂O₃), кремния (SiO₂), железа (Fe₂O₃) и другие.

В производстве ГЦ используют бокситы с кремневым модулем (коэффициентом качества), который рассчитывается как соотношение Al₂O₃/ SiO₂ %_, и составляет не менее 2%.

В связи с дефицитом бокситов в России используют бокситовую железную руду, к которой добавляют известняк и железный лом. В качестве клинкеров применяют доменные гранулированные шлаки.

Использование этих материалов в качестве сырья позволяет значительно снизить стоимость алюминатных составов.

Существуют два основных метода производства высокоглиноземистого цемента.

При температуре в специальных барабанах шихту расплавляют. Дают полученному продукту остыть и измельчают до состояния мелкодисперсного порошка.

Исходное сырье измельчают до порошка и обжигают в печах. После остывания полученных гранул их перемалывают в мелкий порошок.

Внимание! Продукт, полученный методом плавления на порядок превосходит по качеству ГЦ, полученный спеканием.

Российские производители алюминатных смесей преимущественно изготавливают ГЦ методом плавления.

Свойства, преимущества и недостатки

Глиноземистые цементы – это темный мелкодисперсный порошок, который в воздушной и водной среде в смеси с водой образует твердеющие в короткие сроки вяжущие материалы.

Составы на их основе обладают рядом уникальных качеств:

• высокой скоростью схватывания и быстрым набором расчетной прочности;
• возможностью работать с растворами при низких температурах;
• способностью образовывать высокопрочный монолит, обладающий огнеупорными свойствами;
• индифферентным отношением к агрессивным средам (кроме щелочных).

• по скорости схватывания и времени набора прочности на порядок превосходит лучшие показатели портландцемента;
• повышенная морозоустойчивость;
• отсутствие коррозии и нечувствительность к агрессивным средам;
• высокие значения огнеупорности изделий;
• отличная защита армирующей сетки бетонных изделий от внешних воздействий;
• высокоглиноземистый и расширяющийся виды ГЦ используют в работах высокой сложности, невыполняемых другими материалам.

• высокая стоимость ГЦ, связанная с особенностью производства;
• нельзя применять для заливки больших площадей – из-за выделения тепловой энергии при наборе прочности схватывание проходит неравномерно, что приводит к деструкции;
• из-за выделения тепла продукт нельзя применять при температурах свыше 30° С;
• разрушаются под действием щелочных сред.

Обратите внимание! Качество глиноземистого материала напрямую зависит от степени дисперсности – чем тоньше помол, тем лучше схватывание и выше характеристики прочности.

Применение глиноземистых материалов

Хотя ГЦ обладает целым рядом преимуществ в сравнении с традиционным цементом, широкого применения он не нашел. Причиной ограниченной области использования продукта является высокая цена – он в 3-5 раза дороже стандартного цемента.

Поэтому глиноземистые смеси применяют только там, где использование более дорогого материала оправдано его специфическими свойствами.

Глиноземный цемент незаменим при выполнении следующих работ:

• при ремонтных работах по восстановлению элементов гидротехнических сооружений, в том числе гидроизоляции очистных сооружений;
• как гидроизоляционный материал при тампонаже нефтяных скважин;
• в судоходстве для устранения пробоин корпуса;
• гидроизоляции аварийных протеканий канализационных и водопроводных сетей;
• при ремонте душевых комнат и бассейнов;
• для получения раствора, способного твердеть и обретать прочность за короткое время – 1, 2 или 7 суток;
• для получения гидроизоляционной штукатурки;
• при возведении конструкций, в процессе эксплуатация которых предусмотрен контакт с агрессивными средами (исключая щелочные);
• для антикоррозионной защиты сетки арматуры;
• при изготовлении отдельных изделий и бетонов с огнеупорностью до 1700° С.

Благодаря своим свойствам, ГЦ используется в строительстве как компонент расширяющихся, огнеупорных, быстротвердеющих, напрягающих и других специальных составов.

Благодаря огнеупорности алюминатные составы широко используют в металлургии как составная часть жаропрочных сухих смесей и бетонов.

Использование глиноземистого цемента частными застройщиками

При кладке каминов, печей и дымоходов в частном домостроении успешно используется такая особенность ГЦ, как огнеупорность.

Гидроизоляционные свойства состава находят применение при строительстве подвалов и погребов, где материал используется в качестве связывающего раствора.

Обратите внимание! Из-за быстрого схватывания готовить растворы глиноземистых цементов следует в короткие сроки.

Технические характеристики

Российские производства выпускают алюминатные составы по ГОСТу 969-91 тремя основными марками (ГЦ-40, ГЦ-50 и ГЦ-60).

Высокоглиноземистые цементы имеют маркировку ВГЦ I, ВГЦ II и ВГЦ III.

Технические показатели различных марок продукта соответствуют следующим значениям:

Марка Предел прочности при сжатии, МПа Тонкость помола. Остаток на сите №10, % Сроки схватывания 1 сутки 3 суток начало, мин окончание, ч ГЦ-40 22,5 40

10 45 10 ГЦ-50 27,4 50

10 45 10 ГЦ-60 32,4 60

10 45 10

Свою прочность по марке глиноземистые составы достигают через 72 часа. Для сравнения – у портландцементов эта цифра равняется 28 суткам.

Важно! На упаковках алюминатных смесей часто указывает количество алюминия (AL) в процентах – чем выше это значение, тем прочнее будет монолит.

Глиноземные цементы – качественные и дорогостоящие продукты, обладающие особыми свойствами.

Для получения желаемого результата перед применением состава необходимо ознакомиться со всей информацией по приготовлению и эксплуатации, которая в понятной форме указана на упаковке.

Правильный выбор и использование продукта позволяет создать долговечную конструкцию, обладающую высокой прочностью.

Особенности применения быстродействующего цемента

Что такое цемент — свойства, из чего делают

Строительно-технические свойства портландцемента и его применение

Особенности применения бетон-контакта — как наносить

Источник

Глиноземистый цемент

Глиноземистый (алюминатный) цемент – это специальная разновидность вяжущего для замеса бетонных растворов. Он отличается набором уникальных характеристик и узкой сферой применения.

Состав

Для производства глиноземистого цемента используется глина с высоким содержанием активных минералов, среди которых преобладает однокальциевый алюминат. Сырьем выступают чистые известняки, бокситы. Допускается введение до 12% улучшающих добавок, не снижающих качество основного вещества.

Основные требования к материалу предъявляет ГОСТ 969-91 «Цементы глиноземистые и высокоглиноземистые». Согласно стандарту клинкер, используемый для изготовления вяжущего компонента для бетона, должен содержать определенное количество оксидов алюминия, кальция, железа, магния, кремния и других элементов, наделяющих материал заданными свойствами.

ГОСТ делит глинозёмистые цементы по составу в зависимости от количества соединений алюминия и прочности соответственно:

Обо­зна­че­ние	На­и­ме­но­ва­ние		Ко­ли­чес­тво Al2O3, не ме­нее, %	Ма­роч­ная проч­ность че­рез 3 су­ток, МПа
ГЦ	гли­но­зе­мис­тый		35	40, 50, 60
ВГЦ I	вы­со­ко­гли­но­зе­мис­тый це­мент	I	60	35
ВГЦ II		II	70	25, 35
ВГЦ III		III	80	25

Таблица составлена на основе ГОСТ 969-91.

Марку цемента на глиноземе определяют не в 28-суточном возрасте образцов, а в 3-суточный срок. Соответствующая маркировка – М400, М500, М600. Чем больше в составе вяжущего компонентов, тем меньше его несущая способность.

Основные характеристики

Свойства глинозёмистого цемента отличаются от аналогичных качеств обычного портландцемента:

• Высокая скорость твердения – в первые сутки набор прочности бетона достигает 50% от марочного трехсуточного показателя. Причем, во время первых 24 часов происходит интенсивная экзотермическая реакция, что благоприятно в зимний период и позволяет надолго сохранять оптимальную для гидратации температуру.
• Бетоны на глиноземистом цементе жаростойкие, подходят для кладки печей и производственных конструкций, сооружений, подвергающихся интенсивному нагреву. При добавлении специальных минеральных компонентов получается огнеупорный камень гидравлического твердения.
• Цемент образует камень увеличенной прочности, плотности и водонепроницаемости, при том слабо сопротивляется щелочам и разрушается под их воздействием.

Ускоренное твердение обеспечивает высокое содержание соединений алюминия и кальция, он же способствует интенсивному выделению тепла в процессе гидратации вяжущего. Замедляет скорость твердения геленит (2СаО Al203-Si02), снижают вязкость свободные оксиды железа, сернистые и магниевые молекулы при увеличении допустимого количества ухудшают качество бетона.

Па­ра­метр	На­ча­ло схва­ты­ва­ния, мин	Ко­нец твер­де­ния, час	Проч­ность на сжа­тие в пер­вые сут­ки, МПа	Ог­не­у­пор­ность, °С, не ме­нее
ГЦ	45	10	22,5; 27,4; 32,4	—
ВГЦ I	30	12	—	1580
ВГЦ I I		15	—	1670
ВГЦ I I I			—	1750

Цемент высокоглиноземистый ВГЦ изначально схватывается быстрее, но набирает прочность несколько дольше, чем вяжущее из-за высокого содержания активных добавок. Кроме того, бетон получается менее прочным, но более устойчивым к высоким температурам.

Расширяющийся глиноземистый цемент

Это отдельная разновидность материала, которая при твердении не дает усадки, а наоборот, расширяется. Это свойство цемента успешно используют в строительстве, когда необходимо создать герметичную конструкцию без швов. Средний размер увеличения объема – 1%.

Разновидности расширяющегося глинозёмного компонента:

• ВРЦ (водонепроницаемый расширяющийся цемент быстрого твердения) производят из 70…76% глиноземного клинкера, 20…22% полуводного гипса и 10…11% гидроалюмината кальция. Может применяться только при повышенных температурах ввиду низкой устойчивости к замораживанию и оттаиванию. Скорость твердения глиноземистого цемента данного типа составляет 3 суток, по истечении 6 часов прочность на сжатие составляет 7,5 МПа, марочный показатель М500 получается к 28 суткам.
• ВБЦ – разновидность ВРЦ. Это безусадочный цемент с аналогичными характеристиками, только при твердении материал не меняет объем. Состоит из тех же компонентов в других пропорциях.
• ГГРЦ – гипсоглиноземистый портландцемент повышенных марок (М500, М600) твердеет только в воде, при этом расширяется. Содержание высокоглиноземистого клинкера – около 70%, а двуводного природного гипса – около 30%. Вырабатывать бетонный раствор необходимо в течение 10 минут, полное схватывание происходит уже через 4 часа.
• РПЦ – цемент глиноземистый расширяющийся на основе алитового клинкера (трехкальциевый силикат), который обеспечивает расширение кристаллической структуры цементного теста и твердеющего раствора без образования внутреннего напряжения в конструкции.

Тонкости производства

Особенности характеристик отдельных видов цемента обусловлена наличием в составе порошка минеральных компонентов, количество которых для каждого вида вяжущего строго регламентируется стандартами. Химические элементы вводятся к природному сырью искусственно или компенсируются породой с дефицитом этих компонентов.

Изготовление цемента происходит разными способами в зависимости от используемых ингредиентов:

1. Плавление. К бокситам добавляют кокс и известняк и нагревают их до температуры плавления в ватержакетных печах с водяным охлаждением. В камеру подается нагретый воздух, под действием которого сырье меняет структуру и обжигается. Затем оно пропускается через летку и охлаждается в изложницах печи. Остывшая заготовка отправляется в дробилку с многокамерными мельницами.
   Реже используется метод дуговой плавки, для этого требуется печь переменного тока. Такой способ более затратный, но и цемент получается качественным.
2. Спекание происходит в обычных заводских печах при пониженных температурах по сравнению с плавлением. Сырье долго нагревается, затем резко охлаждается. Это необходимо для сохранения структуры цемента и предотвращения его кристаллизации и превращения в стекло.

Где используется глиноземистый цемент

Применяют глиноземистый цемент преимущественно в промышленном строительстве, где необходима высокая скорость набора прочности бетоном, а также в частном и гражданском домостроении:

• Зимнее бетонирование удобно осуществлять с использованием цемента на глиноземе в виду экзотермической реакции и благоприятных условий окружающей среды (низкая температура компенсирует внутренний нагрев);
• Срочные ремонтные работы ответственных конструкций и элементов коммуникаций (дороги, путепроводы, эстакады)
• Жаростойкий огнеупорный цемент подходит для замеса кладочных растворов для монтажа печей, в том числе внутренних стенок шахт;
• Возведение конструкций, подвергающихся замораживанию/оттаиванию в условиях открытой воды;
• Монтаж «быстрых» фундаментов при срочном строительстве;
• Приготовление штукатурных растворов на глиноземистом цементе для безусадочной и саморасширяющейся облицовки фасадов, тоннелей и др.;
• Тампонаж протечек в железобетонных сооружениях от гидротехнических установок до нефтяных платформ и оборудования.

Применение глиноземистого цемента должно быть тщательно продумано – срок схватывания у материала короткий, работы необходимо осуществлять оперативно и непрерывно. Примечательно, что к возведению последующих ярусов дома можно приступать уже через 3 дня, что значительно ускоряет сроки строительства.

Источник