Глиноземистый цемент особенности твердения

Глиноземистый цемент особенности твердения

Глиноземистый цемент — нормально схватывающееся гидравлическое вяжущее, отличающееся от других цементов высокой прочностью, достигаемой в раннем возрасте. По внешнему виду он представляет собой тонкий порошок, цвет которого (от светло-серого до темно-коричневого) зависит от состава сырья и способа производства. Цвет нашего глиноземистого цемента доменной плавки светло-серый. Основные признаки, позволяющие распознать глиноземистый цемент,— химический состав и быстрое нарастание прочности в раннем возрасте. Реакция на фенолфталеин слабощелочная. Плотность — 3—3,1, она может достигать и 3,2; средняя плотность в рыхлом состоянии — 1000—1200 кг/м3.
Нормальная густота раствора почти не отличается от нормальной густоты раствора портландцемента и составляет 23—28%. Увеличение содержания воды в тесте на 1—2% сверх определенной по ГОСТ несколько замедляет схватывание, особенно его начало. Глиноземистый цемент характеризуется нормальными сроками схватывания, он отнюдь не быстросхватывающийся, как считали раньше. Сроки схватывания глиноземистого цемента можно значительно изменять, применяя добавки.
При этом следует учесть, что некоторые добавки неблагоприятно влияют на прочность цемента, поэтому применять их можно после соответствующих испытаний. Обращает на себя внимание сахар, который в количестве 1% и более может не только замедлить схватывание на длительное время, но и вовсе прекратить твердение.
Глиноземистый цемент равномерно изменяется в объеме, поскольку не содержит несвязанного оксида кальция. Гипса в нем мало. Объемные деформации при твердении проявляются вначале в виде некоторой усадки, затем расширения. Размер контракции составляет 10—12 см3 на 100 г против примерно 5 см3 у портландцемента. Контракция заканчивается обычно через сутки (против 7 сут у портландцемента). Объемные деформации глиноземистого цемента в процессе твердения не определялись, но они также зависят от применения добавок, рН жидкой фазы, экзотермии. Некоторое представление о размере этих деформаций можно получить по значению плотности. Так, например, сопоставление уменьшившейся плотности гпдратировапного цемента с плотностью исходного порошка цемента позволило рассчитать увеличение объема твердой фазы при гидратации, доходящее до 50%.
Тепловыделение глиноземистого цемента имеет свои характерные особенности. При твердении выделяется значительное количество тепла — 315—399 кДж/г, в отдельных случаях 504 кДж/г у цемента высоких марок и 252—294 кДж/г у цемента средних и низких марок за 28 сут твердения. Общее количество тепла находится примерно в тех же пределах, что и у высокопрочного портландцемента, но более быстрая гидратация глиноземистого цемента ускоряет тепловыделение. Экзотермические реакции начинаются не сразу после затворсния водой и даже не непосредственно после конца схватывания, а через 5—8 ч. Начавшееся тепловыделение продолжается затем столь интенсивно, что через сутки выделяется уже 70—80% общего количества тепла, тогда как у портландцемента столько же тепла выделяется обычно к семисуточному возрасту. Приращение температуры в бетоне при твердении примерно пропорционально содержанию в нем цемента. Затворяют глиноземистый цемент только на пресной воде.
Выпускается глиноземистый цемент марок 400, 500 и 600. Маркировка осуществляется по результатам испытаний стандартно изготовленных призм размером 40X40X60 мм из раствора пластичной консистенции состава 1:3 с нормальным Вольским песком, погруженных в воду через 6 ч после начала затворения и испытанных через 3 сут твердения.
По окончании схватывания цемент начинает быстро твердеть; через сутки с момента затворения прочность его составляет 80—90% прочности, получаемой в 28-суточном возрасте. После трех суток твердения прочность нарастает медленно и составляет по отношению к трехсуточной, принятой за 100%, через 7 сут — 120%, через 28 сут — 140% и через 2 мес — 160%. Нарастание прочности на изгиб не всегда идет нормально, причем возможно некоторое ее снижение к 28-ми сут. По ГОСТ цемент испытывают в возрасте 1 и 3 сут. Бетоны и растворы на глиноземистом цементе работают на сжатие лучше, чем на изгиб, что видно, в частности, из показателей прочности.
Для твердения глиноземистого цемента наиболее благоприятна температура 288—293К при нормальной влажности. Выше 293—298К независимо от причины повышения — за счет экзотермии цемента или нагрева от внешней среды, прочность цемента значительно понижается. Отрицательное влияние повышенной температуры на прочность в раннем возрасте более сильное, чем в позднем. Если после окончания схватывания твердение протекало при 303—318К, то цементный камень окажется низкопрочным. Если же начало воздействия повышенной температуры относится примерно к суточному возрасту, т. е. к уже почти отвердевшему цементу, то прочность будет понижаться, но в меньшей степени. В литературе приведены результаты натурных и лабораторных испытаний растворов и бетонов на глиноземистом цементе, длительно твердевшем в различных условиях — в воде, на воздухе, при нормальной и повышенной температуре. Они указывают на случаи снижения прочности бетона на глиноземистом цементе через 10—15 лет твердения. Было обнаружено отрицательное влияние щелочей и особенно повышенной температуры твердения, характерной для климата этих стран. В результате там применение глиноземистого цемента в строительстве существенно ограничено, хотя одновременно признается, что при правильном его использовании сооружения из него долговечны. В условиях нашего климата не зарегистрированы случаи разрушения строительных конструкций, возведенных с применением глиноземистого цемента.
Было установлено, что при твердении во влажных условиях при 318К прочность понизилась, но при последующем твердении на воздухе при комнатной температуре полностью восстановилась. Если же последующее твердение происходит не на воздухе, а в воде, то в этих условиях прочность восстанавливаться не будет.
Пропаривание не допускается, так как вызывает снижение прочности, причем при последующем твердении она восстанавливается. С. М. Рояком, Ю. Ф. Кузнецовой, В. И. Шустиной были проведены исследования, показание, что можно применять кратковременную тепловлажностную обработку глиноземистых цементов моноалюминатного и диалюминатного типов при атмосферном и повышенном давлении. При этом достигается ускорение процессов твердения, заметно не влияющее на рост их прочности в дальнейшем.
При пониженной температуре до 278—283 К твердение глиноземистого цемента будет несколько замедляться. Прочность глиноземистого цемента в процессе твердения при 278К уменьшается примерно на 10—20% по сравнению с прочностью при нормальной температуре твердения.
Глиноземистый цемент благодаря высокой экзотермии может твердеть при низкой температуре среды, однако при условии, что температура массы бетона или раствора будет положительной. При замерзании бетона твердения, конечно, не будет. Глиноземистый цемент менее чувствителен к действию пониженных, но положительных температур, чем портландцемент. Замораживание бетонов и растворов на глиноземистом цементе после первых нескольких суток твердения при положительной температуре вполне допустимо. После оттаивания в дальнейшем прочность непрерывно растет. Водонепроницаемость и морозостойкость растворов и бетонов на глиноземистом цементе весьма высокие вследствие малой пористости цементного камня при условии применения качественных заполнителей.
Химическая стойкость глиноземистого цемента по сравнению с портландцементом также весьма высока из-за особенностей химико-минералогического состава цементного камня. Отсутствие в нем растворимого, легко выщелачивающегося гидроксида кальция, наличие мало растворимого гидроксида алюминия и плотных образований низкоосновных гидроалюминатов кальция придают этому цементу весьма высокую коррозиеустойчивость против действия сульфатных, морских н ряда других распространенных минерализованных вод.
Лабораторные и натурные испытания показали, что бетоны на глиноземистом цементе стойки к действию насыщенных сульфатом кальция вод, к 5%-ным растворам сульфата магния, сульфата натрия и сульфата алюминия. Объясняют это тем, что образование гидросульфоалюмината кальция в результате взаимодействия гидроалюминатов кальция с сульфатами происходит в жидкой фазе (растворе) цементного камня, а не в твердой, вследствие повышенной растворимости алюминатов в воде с малой концентрацией извести. В этих условиях не возникают вредные напряжения, сопровождающие кристаллизацию гидросульфоалюмината кальция.
Глиноземистый цемент достаточно устойчив в кислых водах, содержащих углекислоту; он также более стоек, чем портландцемент, к действию хлористых солей и характеризуется большей, чем портландцемент коррозиеустойчивостью при воздействии ряда органических соединений. И наряду с этим он совершенно не стоек к действию щелочей, особенно высокой концентрации, а также свободных неорганических кислот.
Твердение бетона на глиноземистом цементе можно ускорить путем более длительного перемешивания бетонной смеси в бетономешалке. Так, например, при расходе глиноземистого цемента 350 кг/м3 и В/Ц=0,4 перемешивание бетонной смеси в течение 30 мин при укладке вибрированием позволяет получить: через 6 ч прочность бетона 25—30 МПа и через 8—10 ч — 40—45 МПа. В последующие сроки твердения прочность сколько-нибудь заметно не снижается. Высокий процент химически связанной воды и значительное повышение температуры бетона в связи с экзотермией цемента требуют эффективных мер, чтобы обеспечить влажностный режим твердения бетона. Необходима защита бетона от непосредственного действия солнечных лучей, ветра и др. Следует стремиться к понижению температуры бетона. Его затворяют на холодной воде, употребляют холодные или специально охлажденные каменные материалы, защищенные от нагрева солнечными лучами, ведут бетонирование слоями. Бетонные работы на глиноземистом цементе целесообразно вести в теплое время года лишь когда прохладно — ночью, ранним утром, чтобы материалы не нагревались солнцем.
Необходимо обязательно хранить бетон влажным, во всяком случае не менее одних суток. Поливка водой должна быть начата после начала его саморазогревания, но не позднее чем через 8—10 ч после укладки. При возведении массивных сооружений из железобетона на глиноземистом цементе внутри бетона развивается высокая температура, доходящая до 343К и выше. При такой температуре твердение протекает ненормально и прочность бетона внутри конструкций получается значительно ниже, чем в наружных слоях. Поэтому глиноземистый цемент следует применять только в конструкции толщиной не более 1 м. В конструкциях более 1 м он допустим только при проведении специальных мер в зависимости от его качества и особенностей сооружения. Вместе с тем высокая экзотермия глиноземистого цемента позволяет применять его для зимнего бетонирования при 266—263К без таких специальных мер, как электропрогрев, пропаривание или использование ускорителей твердения. В первые двое суток после укладки необходимо защищать бетон от замерзания. При бетонировании на морозе (263К) нужен подогрев заполнителей. При этом необходимо следить за тем, чтобы температура бетона, по крайней мере в первые сутки, не превышала 298К. Следует учитывать также способность бетонной смеси на глиноземистом цементе быстро густеть и утрачивать пластичность, в особенности с повышением температуры.
Смешивать глиноземистый цемент с портландцементом и его разновидностями, а также с известью нельзя, так как это вызывает понижение прочности обоих цементов и быстрое схватывание. В отдельных Случаях допустима добавка нескольких процентов портландцемента к глиноземистому при условии, что предварительно будет проведено соответствующее испытание и установлено, насколько сократились сроки схватывания и снизилась прочность цемента. Укладывать бетон из глиноземистого цемента на отвердевший портландцементный бетон можно не ранее чем через 7 сут, а портландцементный бетон па отвердевший бетон из глиноземистого цемента — не ранее чем через 1—2 сут. Так, например, глиноземистый цемент рекомендуется для возведения или срочного ремонта специальных сооружений, ответственных железобетонных конструкций, промышленных сооружений и мостов, если необходимо быстро получить расчетную прочность, в шахто-строении, при возведении подземных сооружений, тампонировании трещин в породах при значительном дебите воды, при скоростном тампонировании холодных нефтяных и газовых скважин. Его используют для заделок пробоин в морских судах, для быстрого сооружения фундаментов под машины, зимних бетонных работ, в виде раствора для специальной каменной кладки, во многих случаях аварийных работ и др.
Можно применять глиноземистый цемент для бетонных и железобетонных сооружений, работающих в морской, сульфатной и других минеральных водах, при этом необходимо предохранить, хотя бы на период схватывания, бетонную или растворную смесь от воздействия указанных вод. Глиноземистый цемент идет на изготовление огнеупорных бетонов. Новая и особо интересная область его применения — производство на его основе расширяющихся цементов.
Высокоглиноземистые цементы разработаны в НИИЦементе; получены два вида — высокоглиноземистый и особочистый высокоглиноземистый, различающиеся по малому содержанию примесей. ВГЦ при наличии 60—65% глинозема содержит 2—3% кремнекислоты, а особочистый ВГЦ — 73—75% глинозема, до 1% кремнекислоты и менее 0,5% оксида железа. Последний цемент по фазовому составу отличается от ВГЦ, он состоит в основном из диалюмината кальция — СА2 и небольшого количества геленита и моноалюмината. Температура плавления его достигает 2033К.
Для производства обоих видов цемента применяют не загрязненный примесями технический глинозем и карбонат кальция. Сырьевые компоненты в установленном расчетом количестве тонко измельчают и после тщательной гомогенизации обжигают во вращающейся печи до спекания при температуре около 1773К. Полученные клинкеры сравнительно легко размалываются; при испытании по стандартным методам цементы показывают значительно большую прочность, чем обычный глиноземистый цемент.

Строительные материалы .ру

Глиноземистый цемент должен иметь тонкость помола, характеризуемую остатком на сите № 008 не более 30 %. Марки глиноземистого цемента, определяемые по ГОСТ 310.4—81, через 3 сут 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°С и выше). Глиноземистый цемент используют также для получения расширяющихся цементов.

Состав и особенности твердения глиноземистого цемента

Основным минералом глиноземистого цемента как по количественному содержанию, так и по вяжущим свойствам является однокальциевый алюминат СаО-Аl2O3(СА). В сравнительно небольших количествах в нем содержатся другие низкоосновные алюминаты кальция (5Са0-ЗА1203 и Са0-2Аl2O3). Силикаты кальция обычно представлены небольшим количеством белита 2CaO-Si02.
Процесс твердения глиноземистого цемента протекает по схеме, аналогичной твердению портландцемента.Главный минерал глиноземистого цемента — однокальциевый алюминат, реагируя с водой, вначале образует СаО-•А1203-10Н2О(САН10), который сравнительно быстро (в течение нескольких часов) переходит в гель, не обладающий существенной прочностью. В этот период происходит схватывание глиноземистого цементя.»приблизительно с такой же скоростью, как и у портландцемента.

Получающийся гель десятиводного гидрата (САН10) неустойчив и, кристаллизуясь, быстро переходит в более устойчивый 2СаО-А]203-8Н20(С2АН8) в кристаллической форме с одновременным выделением гидроксида алюминия в виде гелевидной массы.
Твердение глиноземистого цемента протекает настолько интенсивно, что уже через сутки достигается около 90 % конечной прочности, рост которой к 3 сут 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 (С2АН8) в трехкальциевый гидроалюминат (С3АН6), 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 экзотермии. Поэтому глиноземистый цемент нельзя применять в условиях жаркого климата и при тепловлажностной обработке изделий, и при бетонировании массивных конструкций.

Сырье и производство

Глиноземистый цемент — гидравлическое вяжущее вещество, обеспечивающее получение цементного камня высокой прочности в очень короткие сроки (1…3 сут). Этот цемент иногда называют алюминатным, так как в его составе преобладают низкоосновные алюминаты кальция (80…85%).
Сырьем для производства глиноземистого цемента служит смесь пород с высоким содержанием глинозема, чаще бокситов (А120з-nН20) 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).

Глиноземистый цемент особенности твердения

Наиболее важное значение при твердении глиноземистого цемента имеют процессы гидратации алюминатов кальция и тип образующихся кристаллогидратов. Алюминаты реагируют с водой по близким схемам с получением одинаковых продуктов. Основной минерал глиноземистого клинкера — однокальциевый алюминат; при взаимодействии с водой он сначала гидратируется и превращается в десятиводный гидроалюминат кальция, который, будучи нестабильным соединением, переходит в восьмиводный двухкальциевъш гидроалюминат по следующей схеме:

В дальнейшем интенсивно происходят уплотнение геля двухкальциевого гидроалюмината и кристаллизация продуктов гидратации, что и обеспечивает быстрое нарастание прочности.

Однокальциевый алюминат схватывается медленно, но твердеет очень быстро. С12А7 схватывается по истечении нескольких минут, однако степень его гидратации сравнительно невысока и соответственно он имеет менее высокую прочность. В результате гидратации СА2 образуются те же продукты, что и при твердении СА, но процесс идет с меньшей скоростью.

Другие минералы глиноземистого цемента (C2S, C4AF, С3А и C2F) гидратируются по схемам, рассмотренным ранее. Геленит взаимодействует с водой настолько медленно, что практически остается инертным минералом.

В целом процессы отвердевания теста глиноземистого цемента и последующего упрочнения камня аналогичны процессам, происходящим в портландцементном тесте. Кристаллизующиеся при гидратации глиноземистого цемента САН10, С4АН14, C2AH8, а также гидроферриты образуют кристаллический сросток, обеспечивающий высокую начальную прочность камня. Гелеобразная фаза, представленная в основном гидроксидами алюминия и железа, играет роль пластичной матрицы, объединяющей отдельные кристаллические сростки в единый каркас. При старении геля из него выкристаллизовываются гиббсит и гидроферриты кальция, которые способствуют дальнейшему росту прочности камня. Однако структура камня глиноземистого цемента имеет преимущественно крупнокристаллический характер и поэтому особенно чувствительна к внутренним напряжениям, возникающим при перекристаллизации.

Специфической особенностью глиноземистых цементов, проявляющейся при недостаточном внимании к технологии их использования, является частичное снижение в процессе твердения первоначально приобретенной прочности, связанной с перекристаллизацией гексагональных гидроалюминатов в кубические. Снижение прочности можно предотвратить введением специальных добавок, а также использованием смесей с пониженным В/Ц.

Глиноземистый цемент очень чувствителен к условиям твердения. Необходимо обязательно хранить бетон на глиноземистом цементе влажным, во всяком случае не менее 1 сут. Температура бетона при твердении не должна превышать 25 °С. При повышении температуры прочность растворов и бетонов на глиноземистом цементе резко снижается, так как двухкальциевый гидроалюминат частично перекристаллизуется в трехкальциевый шестиводный гидроалюминат ЗСаО-А12О3-бН2О. В результате возникающих напряжений цементный камень теряет свою прочность.

Где применяют глиноземистый цемент?

Глиноземистый цемент можно отнести к связующему строительному материалу специального применения. Соответственно области применения глиноземистый цемент обладает особыми свойствами , в первую очередь быстрым твердением и быстрым набором прочности.

Область применения глиноземистого цемента

Для лучшего понимания сферы применения глиноземного цемента, есть необходимость сказать несколько слов об особенностях данного материала:

Глиноземистый цемент является быстротвердеющим водонепроницаемым вяжущим материалом. Технология получения цемента этого вида заключается в измельчении спеченного клинкера с большим содержанием глинозема.

Соответственно в качестве исходных материалов для производства глиноземного цемента используют: природный известняк и известь (либо другие породы) с высоким содержанием (минимум 35%) оксида алюминия Al₂O₃ (глинозема). Готовый глиноземный цемент представляет собой тонкодисперсный порошок, коричневого, черного или серо-зеленого оттенка.

Отличия глиноземистого цемента от портланцемента

• Высокие прочность и вяжущие свойства, а также быстрый набор прочности и водонепроницаемость глиноземного цемента обусловлены наличием в его составе значительного количества Al₂O При этом процесс полимеризации цемента протекает аналогично портландцементу, с единственной особенностью – высоким выделением тепла (до 70%) в течение первых 24 часов твердения. Это является одновременно полезным и вредным фактором;
• По сравнению с портландцементом, глиноземный цемент формирует более плотный «камень», который характеризуется более высокими: прочностью, водонепроницаемостью и стойкостью к вредным природным и неприродным факторам. В то же время глиноземный цемент легко распадается в щелочной среде;
• Время начала схватывания и твердения глиноземного цемента находится в пределах не менее получаса, а окончание процесса находится в пределах не более 12 часов. При этом проектная прочность растворов на основе глиноземного цемента достигается через 72 часа, в то время как проектная прочность портландцемента достигается по истечении 28 суток и более.

Глиноземистый цемент применение

• Ремонт поврежденных гидротехнических сооружений и промышленных зданий, оперативная заделка пробоин в судах, гидроизоляция интервалов нефтяных и газовых скважин, оперативная изоляция порывов сопровождающихся обильным расходом воды. Другие ремонтные работы, когда необходимо чтобы проектная прочность конструкции достигла своей максимальной величины в течение первых 3-х суток;
• Строительство бетонных конструкций, которым по условиям эксплуатации необходима повышенная сульфатостойкость;
• Фиксация анкерных болтов и защита арматурного пояса;
• Как ускоритель твердения в бетон общего применения;
• Строительство резервуаров для хранения агрессивных сред и строительство подземных сооружений работающих в агрессивных условиях;
• Как добавка для обеспечения повышенной водо- и морозостойкости, а также как добавка для обеспечения бетонных работ в условиях низких температур (до минус 10 градусов Цельсия) без дополнительного прогрева бетона;
• Как компонент в производстве клея в строительной химии;
• Производство огнеупорного бетона способного выдерживать температурные нагрузки до 1 700 градусов Цельсия.
• Производство водонепроницаемой штукатурки для: локализации повреждений водопроводов работающих под давлением до 10 кгс/см2, гидроизоляция подземных сооружений, герметизации стыков трубопроводов воды, канализации и других стоков, ремонт гидротехнических сооружений.

Применение глиноземного цемента в частном строительстве и быту

• Строительство каминов и топок (тепловых щитков) отопительных печей;
• Ремонт дымоходов и вентсистем;
• Подготовка стяжки пола;
• Строительство подвалов и цокольных этажей;
• Подготовка притолок и подоконников.

Популярные бренды: Secar (Франция), Ciment Fondu (Франция), Górka Cement (Польша), Cimsa Isidac (Турция) и ГГЦР (Россия).

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:

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.

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.