Главная → Статьи

Глиноземистый и расширяющиеся цементы

Глиноземистый цемент — гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем тонкого измельчения клинкера, в составе которого преобладают алюминаты кальция.

Сырьем для производства глиноземистого цемента служат известняки и породы с высоким содержанием глинозема — бокситы. Иногда вместо известняка используют известь. Сырьевую смесь расплавляют при температуре 1500 °С в вагранках, конвертерах, электрических печах. Реже применяют обжиг до частичного плавления (спекания) сырьевой смеси при температуре около 1300 °С. Полученный клинкер охлаждают и размалывают в порошок, как и при производстве портландцемента. Глиноземистый клинкер гораздо тверже клинкера портландцемента и поэтому труднее размалывается, требует большого расхода электроэнергии. Это является одной из основных причин более высокой стоимости глиноземистого цемента (он в несколько раз дороже портландцемента).

Минеральный состав глиноземистого цемента представлен алюминатами кальция, главным образом однокальциевым алюминатом Са0-А1203 (сокращенно СА), который оказывает решающее влияние на свойства цемента. Алюминаты кальция придают цементу способность быстро — за 12…24 ч приобретать высокую прочность.

После затворения водой тесто глиноземистого цемента довольно продолжительное время остается пластичным. Начал‘о схватывания цемента должно наступать не ранее чем через 30 мин, а конец — не позднее 12 ч от момента затворения.

Одна из отличительных особенностей глиноземистого цемента — очень быстрое твердение, которое практически завершается через трое суток. К этому сроку и определяют его марку. Глиноземистый цемент выпускают марок 400, 500 и 600. Через одни сутки твердения прочность образцов глиноземистого цемента достигает 55…60% марочной. Следовательно, глиноземистый цемент является быстротвердеющим.

В процессе твердения глиноземистый цемент выделяет за короткий период большое количество теплоты. Это явление полезно при зимних бетонных работах, но нежелательно при бетонировании массивных конструкций.

При более высокой температуре он перекристаллизуется в трехкальцие-вый гидроалюминат, выделяющийся в виде кристаллов кубической формы. Переход гидроалюмината из одной формы в другую сопровождается изменением объема и поэтому вызывает в цементном камне большие внутренние напряжения, приводящие к образованию микротрещин. В результате повышение температуры окружающей среды, особенно в первые часы твердения, не увеличивает, а уменьшает (почти в 2 раза) прочность бетона на глиноземистом цементе. Вот почему такой бетон нельзя подвергать пропариванию.

В процессе твердения глиноземистый цемент связывает 30… 45% воды (считая от массы цемента), т. е. примерно в 2 раза больше, чем пЬртландцемент. Поэтому и плотность цементного камня глиноземистого цемента выше. В продуктах гидратации глиноземистого цемента нет гидроксида кальция Са(ОН)2. Благодаря этому бетон на глиноземистом цементе лучше противостоит коррозии в пресных и сульфатных водах, а также в слабых растворах многих минеральных и органических кислот.

Однако глиноземистый цемент разрушается даже слабыми растворами щелочей, поэтому его не рекомендуется смешивать с известью или портландцементом.

Способность глиноземистого цемента к быстрому твердению используют при аварийно-восстановительных работах. Глиноземистый цемент применяют для бетонных и железобетонных конструкций, работающих в агрессивной среде, иногда при зимнем бетонировании. В смеси с шамотом (обожженной огнеупорной глиной), хромовой рудой, магнезитом его используют для изготовления жаростойких бетонов и растворов. Кроме того, глиноземистый цемент входит в состав расширяющихся и безусадочных цементов.

Новые научные исследования показывают, что прочность бетона на глиноземистом цементе по прошествии нескольких десятилетий может резко снижаться, что приводит к разрушению конструкции. Это заставляет применять глиноземистый цемент с большой осторожностью.

Расширяющиеся цементы при твердении на воздухе обнаруживают не усадку, а набухание. Увеличение объема может достигать 0,5… 1%.

Обычные цементы в процессе твердения претерпевают усадку. Это вызывает образование усадочных трещин, особенно недопустимых в стыках сборных железобетонных элементов. Поэтому в конструкциях, работающих под давлением, например в резервуарах для хранения воды и других жидкостей, тюбингах для обделки тоннелей, заделывают швы расширяющимися или безусадочными цементами. Эффект расширения этих цементов обусловлен образованием гидросульфоалюмината кальция (эттрингита), который кристаллизуется и увеличивается в объеме. Известно несколько разновидностей расширяющихся цементов. В их состав всегда входят алюминаты и сульфаты кальция в различной форме.

Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент состоит из высокоглиноземистого клинкера или шлака и природного гипса. Это быстротвердеющее гидравлическое вяжущее. Начало схватывания цемента должно быть не ранее 10 мин, а конец — не позднее 4 ч от момента затворения. При твердении в воде гипсоглиноземистый цемент расширяется до 0,7% через трое суток. На воздухе он не дает усадки. Предел прочности при сжатии раствора на гипсоглиноземистом цементе не менее 28 МПа, марка по водонепроницаемости — не ниже W1. Его применяют при омоноличивании стыков сборных конструкций, сооружении вместилищ для хранения нефтепродуктов, устройстве гидроизоляционных штукатурок.

Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) представляет собой композицию из глиноземистого цемента, гипса и четырехкальциевого гидроалюмината кальция. ВРЦ быстро схватывается — в течение 4… 10 мин. Его применяют для за-чеканки швов в тюбингах, гидроизоляции раструбов в трубах, заделки анкерных болтов, подливки под основания машин.

Водонепроницаемый безусадочный цемент (ВБЦ) состоит из тех же компонентов, что и ВРЦ, но гипса в нем меньше, а гидроалюмината кальция больше. ВБЦ быстро схватывается и твердеет, достигая к трем суткам 60…80% марочной прочности. Цементный камень обладает высокой водонепроницаемостью, выдерживая давление воды 0,7 МПа.

Расширяющийся портландцемент (РПЦ) получают при совместном измельчении клинкера портландцемента, глиноземистого шлака, гипса и гранулированного доменного шлака. Сроки схватывания РПЦ такие же, как у портландцемента, но твердеет он гораздо быстрее, особенно при пропаривании. Марки РПЦ по прочности 400, 500 и 600, водонепроницаемость — до 1,2 МПа. Применяют РПЦ в тех же случаях, что и другие расширяющиеся цементы. Использование его при изготовлении сборных железобетонных изделий особенно выгодно, так как сокращает время тепловой обработки до 4…6 ч и, следовательно, уменьшает расход электроэнергии, топлива и технологического пара.

Напрягающий цемент (НЦ) включает в себя портландцемент (65…75%), глиноземистый цемент (13…20%) и гипс (6…10%). Напрягающий цемент быстро твердеет, набирая через 1 сут примерно 30% марочной прочности. Предел прочности НЦ при сжатии через 28 сут нормального твердения должен быть не ниже 50 МПа.

Отличительная особенность этого цемента — большая энергия расширения, создающая самонапряжение в цементном камне до 3…4 МПа. Благодаря этому в процессе расширения НЦ возникает предварительное напряжение в арматуре, которое не зависит от ее расположения в железобетонной конструкции.

Напрягающий цемент подразделяют по развиваемой энергии самонапряжения на марки НЦ-2, НЦ-4 и НЦ-6. Энергию самонапряжения условно выражают в МПа.

Железобетонные конструкции, изготовленные с применением НЦ, отличаются повышенной трещиностойкостью. Поэтому НЦ часто используют при возведении подводных и подземных напорных сооружений, в конструкциях резервуаров для хранения жидкостей и газов.

Ваш отзыв