Глиноземистый цемент

Глиноземистый цемент — гидравлическое вяжущее вещество, обеспечивающее получение цементного камня высокой прочности в очень короткие сроки (1...3 суток).  Этот цемент иногда называют алюминатным, так как в его составе преобладают низкоосновные алюминаты кальция (80...85%).

Сырье и производство

Сырьем для производства глиноземистого цемента служит смесь пород с высоким содержанием глинозема, чаще бокситов (А1₂О₃·n Н₂О) и известняков или извести, а также и более дешевое сырье — алюминиевые шлаки и материалы, получаемые обжигом высокоглиноземистых глин.

Глиноземистый цемент изготовляют плавлением сырьевой смеси в электрических печах, вагранках, конверторах при температуре выше 1500°С. Реже применяют обжиг до спекания при температуре около 1300°С во вращающихся печах или на агломерационной ленте.

Получившийся сплав или клинкер охлаждают и раз­малывают в порошок, как и при производстве портландцемента. Сплав и клинкер глиноземистого цемента отличаются высокой твердостью. Поэтому глиноземистый цемент трудно размалывается, требует высокого расхода электроэнергии, вызывает сравнительно быстрый износ мелющего оборудования. Это является одной из причин его высокой стоимости (он в несколько раз дороже портландцемента).

Состав и особенности твердения

Основным минералом глиноземистого цемента как по количественному содержанию, так и по вяжущим свойствам является однокальциевый алюминат СаОхА1₂О₃ (СА). В сравнительно небольших количествах в нем содержатся другие низкоосновные алюминаты кальция (5СаОх3А1₂Оз и СаОх2А1₂О₃). Силикаты кальция обычно представлены небольшим количеством белита 2CaOхSiO₂.

Процесс твердения глиноземистого цемента протекает по схеме, аналогичной твердению портландцемента. Главный минерал глиноземистого цемента — однокальциевый алюминат, реагируя с водой, вначале образует СаО·Аl₂O₃· 10·Н₂О (САН₁₀), который сравнительно быстро (в течение нескольких часов) переходит в гель, не обладающий существенной прочностью. В этот период происходит схватывание глиноземистого цемента приблизительно с такой же скоростью, как и у портландцемента. Получающийся гель десятиводного гидрата (САН₁₀) неустойчив и, кристаллизуясь, быстро переходит в более устойчивый 2СаОхА1₂O₃х8Н₂О (С₂АН₈) в кристаллической форме с одновременным выделением гидроксида алюминия в виде гелевидной массы. Переход СА в конечные продукты гидратации можно представить следующей схемой:

2 (СаО·А1₂О₃) + 11·Н₂О = 2СаО ·А1₂О₃ ·8Н₂О + 2А1(ОН)₃

Твердение глиноземистого цемента протекает настолько интенсивно, что уже через сутки достигается около 90 % конечной прочности, рост которой к 3 суткам практически завершается.

Глиноземистый цемент образует цементный камень высокой плотности, пористость которого почти в 2 раза меньше, чем портландцементного. Это связано с тем, что при твердении он химически связывает воды примерно в 2 раза больше, чем портландцемент, а промежутки между кристаллами двухкальциевого гидроалюмината заполнены гидроксидом алюминия, который имеет плотное строение.

Глиноземистый цемент приобретает и длительно сохраняет высокую прочность только в том случае, если он твердеет при умеренных температурах. Если же температура превысит 25...30 °С, то происходит перекристаллизация двухкальциевого гидроалюмината (С₂АН₃) в трехкальциевый гидроалюминат (СзАН₆), сопровождающаяся уменьшением объема новообразований примерно на 25...30 % и возникновением вредных напряжений в цементном камне, влекущих снижение прочности в 2...3 раза.

Твердение глиноземистого цемента сопровождается интенсивным выделением теплоты, достигающим через 1 сут 70...80 % полной зкзотермии. Поэтому глиноземистый цемент нельзя применять в условиях жаркого климата и при тепловлажностиой обработке изделий, и при бетонировании массивных конструкций.

Свойства и применение

Глиноземистый цемент должен иметь тонкость помола, характеризуемую остатком на сите № 008 не более 10 %. Марки глиноземистого цемента, определяемые по ГОСТ 310.4—81, через 3 суток 400, 500, 600. Сроки схватывания глиноземистого цемента: начало—не ранее 30 мин, конец — не позднее 12 ч.

Бетоны на глиноземистом цементе морозостойки и более стойки по сравнению с портландцементом против выщелачивающей коррозии, а также к растворам сульфата кальция и магния, морской и болотной воде, растворам сахара; животным и растительным маслам. Однако глиноземистый цемент быстро разрушается даже слабыми растворами солей аммония и щелочей. Его нельзя применять в щелочных средах и смешивать с известью или портландцементом.

Учитывая дефицитность сырья (бокситов) и значительную стоимость глиноземистого цемента, его выпускают в сравнительно небольших количествах (менее 1 % от общего выпуска цемента), а применяют при возведении бетонных конструкций, которые необходимо быстро ввести в эксплуатацию, для срочных аварийных и ремонтных работ, а также для тампонирования нефтяных и газовых скважин, футеровки шахтных колодцев и туннелей и т. п.

На основе глиноземистого цемента в смеси с жаростойкими заполнителями изготовляют бетоны, которые хорошо сопротивляются действию высоких температур (1000^оС и выше). Глиноземистый цемент используют также для получения расширяющихся цементов.