Глиноземистый цемент: особенности и применение

Глиноземистый цемент: состав, свойства, характеристики и область применения

Глиноземистый цемент представляет собой порошок темного оттенка (реже — серо-зеленого), обладающий вяжущим свойством с быстрым схватыванием. Изделия, выполненные из этого материала, являются водонепроницаемыми, огнестойкими и отлично сопротивляются агрессивным средам.

Для производства этого материала используют рецепт, который предусматривает соединение в определенных пропорциях: оксидов алюминия, кальция, кремния и железа. Основным веществом является оксид алюминия, содержащийся в смеси в объеме от 30 до 50%.

Помимо указанных ингредиентов, в состав цемента входят геленит и двухкальциевый силикат.

Глиноземистые составы обладают рядом исключительных свойств:

• способность использования растворов при отрицательных температурах;
• способность без ущерба выдерживать воздействие агрессивной среды;
• высокая скорость схватывания раствора и набора расчетной прочности;
• образование высокопрочного монолита;
• огнеупорность.

Преимущества и недостатки

Положительные качества:

• изделия из этого материала не подвержены коррозии и отлично сопротивляются воздействию агрессивных сред;
• материал обладает повышенной морозоустойчивостью;
• скорость схватывания и полного набора прочности значительно превышает такие же показатели для обычного портландцемента;
• отличная адгезия с металлом, что позволяет эффективно защищать армирующие сетки в бетонных изделиях и закреплять закладные детали или анкера в бетонные элементы;
• отличное сопротивление воздействию высоких температур и открытому огню;
• разновидности глиноземистых цементов (высокоглиноземистый и расширяющийся) применяются для выполнения сложных работ, которые невозможно выполнить другими средствами.

Отрицательные качества:

• повышенные требования к оборудованию, которое используется для производства данного материала и самому процессу получения сырья, что отражается на высокой цене глиноземистых цементов;
• особенность данного материала при наборе прочности выделять тепловую энергию не позволяет использовать растворы для заливки крупных объемов — при попытке залить большую площадь, происходит неравномерное схватывание материала, что приводит к разрушению его целостности;
• с процессом выделения тепла связано еще одно ограничение использования глиноземных составов — нельзя применять раствор при температуре более +30°С;
• изделия из этого цемента не могут сопротивляться воздействию щелочной среды и разрушаются.

Отличия от портландцемента

Основное назначение портландцемента и глиноземистого цемента совпадает – эти материалы предназначены для скрепления отдельных элементов конструкций, заделки отверстий и образования монолитного основания, но из-за разницы в составе, существуют заметные отличия:

• При наборе прочности глиноземистого цемента происходит реакция, которая стимулирует выделение тепла. Этот процесс может длиться почти сутки;
• Плотность монолита из глиноземистого материала гораздо выше, чем у стандартного цемента;
• Цемент глиноземистый ГЦ 40 (самая низкая марка) обладает более высокими водонепроницаемыми свойствами, чем портландцемент М400;
• В отличие от стандартного материала, монолит, образованный из рассматриваемого вида цемента, хуже сопротивляется воздействию щелочи;
• Главное отличие – время набора прочности. Глиноземистые составы твердеют в течение полусуток, а окончание процесса происходит через трое суток. Для обретения расчетной прочности стандартного материала необходимо 28 дней.

Технология получения

Производство глиноземного цемента осуществляется двумя способами:

• Методом плавления. В этом случае получение требуемого материала происходит в результате плавления в специальных барабанах шихты. Процесс происходит при определенных значениях температуры, так как этот показатель является самым важным в технологии. Обожженное сырье измельчают до получения мелкого порошка и упаковывают в пластиковые мешки.
• Методом спекания. Особенность данной технологии заключается в изначальном измельчении сырья до порошкообразного состояния и последующего обжига в печи. Этот способ более быстрый, но качество цемента будет несколько ниже, чем при первом варианте изготовления.

Качество цемента зависит от тонкости помола, которую может обеспечить производитель. Более мелкие частицы лучше схватываются при приготовлении раствора и обладают более высокими прочностными характеристиками.

Классификация по составу

В зависимости от входящих в состав компонентов все РЦ можно поделить на 2 большие группы.

Глиноземный цемент

Такие цементы еще называют алюминатными. Они являются наиболее популярными и могут быть простыми глиноземными или с введенными добавками. Первые содержат только высокоглиноземистый шлак и двуводный гипс, вторые дополнительно включают гидроалюминат кальция. У обоих видов глиноземных цементов есть общие черты и различия в свойствах:

• расширение у обоих типов сырья равно 0,05% в первые сутки, зато через 28 дней обычный цемент расширяется на 0,1% алюминатный — на 0,02%;
• простой цемент твердеет за 4 часа, а алюминатный — примерно за час;
• морозостойкость материалов приравнивается к стандарту F200, с ними можно работать при температуре до -25 градусов, то есть они подходят для зимней заливки;
• при температуре свыше +80 градусов оба материала становятся уязвимыми и могут разрушаться.

Портландцементы

РПЦ, или расширяющиеся портландцементы соединяют с доменным шлаком, а также с рядом иных добавок и полимерных присадок, которые придают им высочайшую прочность. Увеличение раствора в объеме происходит лишь в водной среде, поэтому бетоны на основе портландцемента нужно пропаривать. Такие материалы широко применяются для заделки швов и пустот с целью их герметизации. Они застывают и обретают нужную прочность за 30-80 часов.

Достоинства

Огнеупорные марки цемента имеют следующие достоинства:

• способность выдерживать действие открытого огня;
• стойкость при непродолжительном нагревании свыше 3000 ℃;
• высокая механическая прочность;
• увеличенная адгезия по сравнению со всеми остальными видами смесей;
• большая скорость полного затвердевания массы;
• инертность по отношению к агрессивному влиянию внешней среды.

Жаропрочный цемент мелко измельчают, после чего однородный порошок просеивают через сито №008, получая 90% материала. Фракция с зернами покрупнее составляет не больше 10 %. Цементная смесь с обычным содержанием глинозема окрашена в серые или светло-коричневые цвета; с повышенной концентрацией термостойкого компонента – в белые или светло-стальные цвета. Плотность огнеупорного порошка отличается: ее минимальный показатель составляет 2,8 г/см2, максимальный – 3,2 г/см2.

Продукт с улучшенными огнеупорными качествами готовят по стандартной технологии, используя обычное количество песка и воды. При этом застывания портландцемента приходится ждать от 1 до 3 суток, а огнеупорные марки затвердевает полностью за 10 часов даже во влажном окружении.

Из негативных аспектов, характеризующих термостойкий цемент, отмечают повышенную цену по сравнению с другими сортами, что вполне понятно. Некоторые авторы говорят о вредном влиянии на огнеупорный материал щелочей. Возможно, концентрированные щелочи в каких-то условиях могут вступать в реакции с определенной частью огнеупорного сырья, но на практике щелочных воздействий такого рода быть не может ни при каких ситуациях.

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.

Производство

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.

Метод плавления

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.

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.

Метод спекания

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

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

Стоимость материала

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.

Особенности

Первое, что отличает глиноземистый цемент от всех прочих – способность к крайне быстрому застыванию на воздухе или в воде. Чтобы добиться такого эффекта, исходное сырье специальным образом обрабатывают, обжигают, измельчают. Так, исходным сырьем обязательно выступают грунты, обогащенные алюминием, а дополняют их глиноземом. Именно из-за особенного сырья и пошло второе название глиноземистого цемента – алюминатный.

Как говорилось выше, глиноземистый цемент имеет время застывания намного меньшее, чем другие виды. Схватывается данный тип уже через 45 минут после нанесения. Окончательное же затвердевание происходит по истечении 10 часов. В ряде случаев возникает необходимость ускорить и без того быстротечный процесс. Тогда в изначальный состав добавляют гипс, получая новую разновидность – гипсоглиноземистый вариант. Он характеризуется лишь более быстрым сроком схватывания и затвердения при полном сохранении высоких прочностных характеристик.

Все положительные свойства глиноземистого цемента можно объединить в большой список.

• Отличные прочностные характеристики. Даже находясь под водой, материал будет устойчив к химическим и механическим внешним воздействиям. Он не подвержен коррозии, ему не страшны экстремально низкие температуры. Все это открывает огромные возможности для его использования.
• Высокая скорость схватывания и затвердевания. Это особенно актуально, если требуется возвести какое-либо сооружение в максимально сжатые сроки (например, за трое суток).

• Невосприимчивость к агрессивным составляющим внешней среды. Речь идет о всевозможных химических соединениях, которые в течение длительного времени воздействуют на готовую цементную конструкцию, например: жесткая сульфитосодержащая вода при проведении шахтерских работ, токсичные газы, экстремальный нагрев.
• Превосходная адгезия со всевозможными материалами. Примером может служить, например, металлическая арматура, которой часто уплотняют блоки из глиноземного цемента.

• Устойчивость к открытому огню. Можно не опасаться, что цемент пересохнет и раскрошится. Он отлично выдерживает как воздействие высокими температурами, так и прямонаправленный огненный поток.
• Возможность использовать в качестве добавки к обычному цементу. Это актуально, когда нужно сделать сооружение морозостойким, при этом сэкономив. На основе глиноземистого сырья делают быстрорасширяющиеся и безусадочные цементные смеси, которые применяют в промышленном строительстве или при проведении срочных ремонтных работ.

Есть у глиноземистых вариантов и недостатки.

Первый и главный заключается в высокой стоимости производства материала

Здесь важно не только оборудование, которое должно быть сверхпрочным и обладать повышенными мощностями, но и четкое соблюдение технологии, выдерживание температурных режимов при обжиге и прочие нюансы

Второй недостаток сопряжен с достоинством смеси. Из-за того, что глиноземистая разновидность при затвердевании вырабатывает тепло, она не подходит для заливки больших площадей: цемент может не застыть как следует и разрушиться, но в ста процентах случаев он сильно потеряет в прочностных характеристиках. Нельзя заливать такой цемент и в сильную жару, когда столбик термометра показывает температуру свыше 30 градусов. Это также чревато потерей прочности.

Наконец, несмотря на высокую устойчивость глиноземистого варианта к кислотам, токсичным жидкостям и газам, он абсолютно не в состоянии вынести негативное воздействие щелочами, поэтому в щелочесодержащих средах использовать его нельзя.

Глиноземистый цемент подразделяют на две большие группы: расширяющиеся и смешанные. Особенность расширяющегося заключается в способности сырья увеличиваться в процессе отвердения. Глазом изменения заметны не будут, однако это положительным образом сказывается на получаемой плотности монолитного цементного блока. Расширение происходит в пределах 0,002-0,005% от исходного объема.

Смешанные образцы делают в основном с целью понижения себестоимости и, соответственно, цены продукта, однако в ряде случаев добавки обеспечивают добавочные характеристики. Так, например, гипс гарантирует более высокую скорость застывания, при этом стоимость цемента увеличивается. Шлаки и прочие активные минеральные добавки, наоборот, увеличивают время схватывания, однако цена на такой смешанный цемент заметно ниже.

Состав и свойства

Главным элементом цемента является алюминат. В ходе затвердевания он становится двухкальциевым гидроалюминатом.

Состав можно классифицировать на несколько видов, исходя из содержания извести:

• малоизвестковая смесь, где показатель содержания вещества составляет менее 40%;
• высокоизвестковый продукт, где наличие CaO составляет более 40%.

В качестве известкового компонента выступают известняки либо же обожженная известь. Высокоизвестковая продукция примечательна быстрым схватыванием. А низкоизвестковые составы отличаются более длительным процессом затвердевания.

Выделяют основные химические элементы, входящие в состав глиноземистого цемента:

• оксид железа, содержание которого варьируется в пределах 5-15%;
• оксид кремния – до 45%;

• оксид алюминия – от 20 до 50%;
• оксид кальция, процент содержания которого может быть от 30 до 40%.

Смесь имеет ряд специфических свойств, среди которых стоит отметить следующие:

• Продукция обладает высокими показателями вязкости и прочности. Такие качества присущи смеси за счет присутствия в веществе алюминатов кальция. Технология застывания такого состава ничем не отличается от аналогичного процесса, происходящего с ПЦ. Но отличительной особенностью затвердевания глиноземистого цемента является значительное выделение тепла – в первые 24 часа выходит порядка 70% тепла, что не всегда безопасно в ходе строительства. Обусловлено это тем, что увеличение температуры среды более чем на 20% сокращает устойчивость раствора в 2 раза.
• Глиноземистый состав образует плотный камень, отличающийся устойчивостью к агрессивным средам. Однако действие щелочи и извести для него губительно.
• Состав начинает застывать через полчаса после заливки, завершается данный процесс примерно через 12 часов.
• Глиноземистую смесь рекомендуют для применения при отрицательных температурах, объясняется это уровнем выделения тепла.

• Смеси присущи высокие показатели устойчивости к агрессивным газообразным веществам и жидкостям. Она сохраняет свои свойства и структуру при контакте с хлористыми, углекислыми и другими водами за счет водонепроницаемости состава.
• Кроме того, устойчивость сырья к воздействию высоких температур, включая открытый огонь, позволяет охарактеризовать цемент как огнеупорный материал. Его качества только улучшаются от включения таких ингредиентов, как магнезит и хромированная руда.
• Самой благоприятной для твердения состава температурой является 25С при максимальном уровне влажности.
• Применение в строительстве глиноземистого цемента увеличивает показатель сцепления раствора с арматурой из стали, что в свою очередь, укрепляет монолит всей конструкции, положительно влияя на долговечность сооружений.

Но, несмотря на внушительный перечень положительных свойств цемента, продукция имеет ряд недостатков:

• Чувствительность сырья к нагреву, превышающему 25С при застывании состава. Это может повлечь за собой деформацию конструкции. Поэтому его не рекомендуют эксплуатировать в жарких климатических условиях либо же советуют затворять холодной водой.
• Продукция имеет более высокую стоимость, в сравнении с ПЦ, за счет чего она менее востребована.
• Большая часть растворов щелочи сможет разрушить бетон и камень, в составе которых присутствует глиноземистый цемент.

С этим читают

Описание товара

Производитель : Imerys Aluminates (Kerneos), ФранцияСинонимы : Цемент SRB 710 , Глиноземистый цемент SRB 710 , SECAR 71, вяжущее на основе алюминатов кальция SRB 710. Все перечисленные продукты обладают одинаковыми характеристиками, разница в названии определяется особенностями сертификации и таможенного оформления продукта.

ГОСТ 969-91 на цементы глиноземистые и высокоглиноземистые предусматривает 4 вида цемента, в основном отличающиеся содержанием глинозема. Так, содержание глинозема в глиноземистом цементе (ГЦ) должно быть не менее 35%, в высокоглиноземистом цементе (ВГЦ-I) — не менее 60%, в высокоглиноземистом цементе (ВГЦ-II) — не менее 70% и в высокоглиноземистом цементе (ВГЦ-III) — не менее 80%.

По ГОСТ 969-91 высокоалюминатное вяжущее цемент SRB 710 относиться к классу высокоглиноземистых цементов (ВГЦ-II).

Высокоалюминатное вяжущее SRB 710 предлагает все традиционные свойства алюминат-кальциевого цемента: быстрое схватывание и быстрое твердение, ускорение схватывания портландцемента, быстрое высыхание и компенсация усадки при смешивании с сульфатами кальция, великолепную устойчивость к коррозии и абразивному износу, огнестойкость и термическую устойчивость.

Производство глиноземистого цемента

При производстве глиноземистого цемента боксит и известь или известняк, взятые в определенных весовых соотношениях, подвергаются обжигу. Отношение в готовом продукте весового процентного содержания окиси кальция (СаО) к процентному содержанию кремнезема и глинозема (S1O2+AI2O3) должно быть меньше единицы. Различие в химическом составе между глиноземистым и портландским цементом видно из таблицы.

Химические элементы	Глиноземистый цемент в %	Портландский цемент в %
Окиси кальция	35—45	63-66
Кремнекислоты	5—10	22—23
Глинозема	35—50	6—7
Окиси железа	5—15	2—3

В зависимости от метода обжига различают два способа производства глиноземистого цемента: а) по методу спекания б) по методу плавления. При производстве по методу спекания подготовленная сырьевая смесь спекается в шахтных или вращающихся печах при температуре 1200—1300°С (т. е. при более низкой температуре, чем портландцемент). В результате обжига смеси получается цементный глиноземистый клинкер, который после охлаждения измельчается не меньше, чем высокосортный портландцемент. Но этот метод требует высокосортных бокситов, что является основной причиной малого распространения его в практике производства глиноземистого цемента. Наибольшее применение поэтому получил метод плавления. При производстве глиноземистого цемента по методу плавления применяют специальные шахтные печи, так называемые (ватержакетные, имеющие особый кожух с водяным охлаждением. Эти печи применяются обычно в цветной металлургии (медь и никель). Высота шахты 5—7 м. Производительность печей колеблется от 15 до 50 т в суши (при расходе топлива (кокса) от 400 до 550 <�кг на тонну цемента. Расплавленная масса выпускается из печи каждые 45 минут. Однако большой расход топлива в ватержакетных печах побудил пользоваться для расплавления породы электрическим печами. Суточная производительность электрических печей колеблется;. от 20 до 60 т.

Клинкер глиноземистого цемента, полученный в электропечи, после соответствующего охлаждения измельчается до степени не меньшей, чем высокосортные портландцементы. Глиноземистый цемент, изготовленный по методу спекания, представляет собой порошок шоколадного цвета и имеет меньшую прочность, чем плавленый цемент. Плавленый цемент имеет темно-серый цвет. В отличие от глиноземистого цемента, получаемого методом спекания или сплавления, цемент, получаемый в доменной печи, называют доменным глиноземистым цементом. Свойства глиноземистого цемента Характерным свойством глиноземистого цемента является чрезвычайно быстрое нарастание механической прочности его, особенно в начальные сроки твердения. В дальнейшем же это нарастание идет так же, как и у портландцемента. Интересно отметить, что нарастание прочности глиноземистого цемента исчисляется не только сутками, но и часами.

Глиноземистый цемент является быстро твердеющим, но не быстро схватывающимся. Это значит, что после схватывания, наступающего в нормальные сроки, дальнейшее взаимодействие между водой и цементом протекает очень интенсивно, и это обусловливает быстрое твердение. Интенсивность происходящих реакций отвердения сопровождается большим выделением тепла в первые сроки твердения. Это свойство является весьма полезным при зимних бетонных работах. При летнем бетонировании выделяющееся тепло вызывает существенное повышение температуры внутри массива, что влечет за собой образование вредных напряжений и, следовательно, разрушение бетона. Поэтому в летнее время нужно принимать специальные меры к охлаждению бетона. Удельный вес глиноземистого цемента — 3,1. Объемный вес— 1000—1300 кг/ем3 в рыхлом и 1600—1800 <�кг/м3 в уплотненном состоянии. Тонкость помола: остаток на сите 900 отв./см2 не более 1%, на сите 4900 отв./см2 — не более 15%. Практическая же тонкость помола нашего цемента выше и доходит до остатка не более 5—6% на сите 4900 отв./см2. Начало схватывания должно наступать не ранее 30 минут, а конец— не позднее 12 часов от момента затворения. Глиноземистый цемент должен обладать равномерностью изменения объема при испытании в воде, а также при горячих пробах.