Сырьем для производства глиноземистого цемента является

Обновлено: 01.05.2024

Глинозёмистый цемент

Один из наиболее распространенных, востребованных при выполнении строительства материалов – цемент. Из множества известных видов цементных составов выделяется цемент глиноземистый, обладающий рядом положительных эксплуатационных характеристик.

Глиноземный цемент характеризуется способностью ускоренно твердеть на воздухе и под водой, обеспечивая после твердения повышенные прочностные характеристики. Быстродействующий состав применяется при производстве бетона и устойчивых к воздействию повышенных температур специальных растворов.

Глиноземистый цемент создают по проверенной методике, предусматривающей обогащение глиноземом исходных компонентов – бокситов, известняка, пород с повышенной концентрацией алюминиевых оксидов. После обжига в специальных печах фракции, осуществляется измельчение, после которого получается смесь для приготовления жаростойкого бетона.

Рассмотрим детально разновидности, структуру, специфику производства, характеристики глиноземистого состава, его эксплуатационные свойства, маркировку и применение.

Одним из самых необходимых и важнейших материалов в строительстве является цемент

Разновидности и структура

Глиноземистый цемент в зависимости от концентрации примесей имеет следующие разновидности:

обычный состав, с концентрацией глинозема, не превышающей 66%, и долей кремниевой кислоты, составляющей порядка 3%;
высокоглиноземистый материал, содержащий порядка 76% глинозема, уменьшенную до 1% концентрацию кремниевой кислоты.

Основными составляющими, определяющими структуру смеси на глиноземистой основе, являются оксиды следующих химических элементов:

Алюминия, концентрация которого составляет от 30 до 50%.
Кальция, удельный вес которого соответствует значениям от 35% до 45%.
Железа и кремния, содержащихся в равных процентных соотношениях, изменяющихся от 5 до 15%.

Специфика производства

Цемент глиноземистый изготавливают путем обжига бокситов, известняков, используя следующие методы:

высокотемпературного спекания предварительно подготовленных сырьевых компонентов. Процесс осуществляется при температуре 1,3 тысячи градусов Цельсия с применением специальных печей шахтного или вращающегося типа. Технология отличается энергоемкостью и не получила широкого распространения. Полученный глиноземистый цемент характеризуется высоким качеством, показателями прочности;

Используются в качестве сырья чистые известняки и бокситы

постепенного плавления в печах шахтной конструкции, используемых при цветном литье, оснащенных устройством водяного охлаждения. Процесс предусматривает измельчение полученного клинкера после его охлаждения. Производство осуществляется из бокситов повышенного качества с добавлением известняка и кокса.

Состав производится из пород с высоким содержанием оксида алюминия, что послужило причиной дополнительного названия смеси, именуемой алюминатной.

Основные характеристики

Особенности производства глиноземистого состава обеспечивают полное удаление из цементной смеси ингредиентов, отрицательно влияющих на качество. Отсутствие железа, частиц кремнезема способствует быстрому твердению приготовленного состава, которое начинается менее чем за час после замешивания.

Цемент глиноземистый следует готовить в небольших объемах, учитывая быстрое время схватывания. Продолжительность процесса твердения состава не превышает половины суток.

Глиноземный цемент отличают следующие свойства:

Повышенные прочностные характеристики, проявляемые на начальных стадиях твердения, что связано с присутствием необходимого количества кальциевых алюминатов.
Быстрое достижение эксплуатационных показателей состава, который начинает твердеть через 30 минут после заливки с завершением процесса приобретения твердости на протяжении 12 часов. Достижение эксплуатационной прочности цемента из глинозема происходит через 72 часа, что отличает его от портландцемента, марочная прочность которого обеспечивается через 28 суток.

Цемент глиноземистый отличается преобладанием однокальциевого алюмината в составе клинкера, определяющим главные характеристики связующего

Комплекс положительных характеристик глиноземистого материала оправдывает повышенные расходы, связанные с его приобретением.

Сфера использования

Цемент глиноземистый применяется при выполнении работ, связанных с промышленным строительством, а также в других отраслях. Материал характеризуется способностью выдерживать повышенные до 1300 градусов Цельсия температуры, сохраняя прочностные свойства, устойчивость к воздействию агрессивных факторов.

Цемент глиноземистый является вяжущим прочным веществом, используемым для жаростойких и строительных растворов, отличающийся быстрым затвердеванием на воздухе и в воде

Состав применяется для выполнения следующих задач:

строительства транспортных магистралей, мостов при ограничении времени выполнения строительных работ, когда прочностные характеристики бетона должны быть достигнуты через 2-3 суток;
аварийно-восстановительных работ, связанных с устранением последствий аварий, восстановлением строительных объектов, сооружений;
возведения оборонительных конструкций, транспортных сооружений стратегического характера;
выполнения мероприятий, связанных с возведением и ремонтом гидротехнических объектов (плотин, дамб, набережных, портов), регулярно подвергающихся воздействию агрессивной водной среды;
осуществления зимой работ, связанных с возведением бетонных, железобетонных конструкций, что обусловлено повышенным выделением тепла, ускоренным твердением при отрицательной температуре;
ускоренного строительства площадок для оборудования, фундаментов;
оперативного выполнения монтажных и ремонтных мероприятий;
ускоренной фиксации элементов анкерных креплений;
герметизации скважин, полостей, связанных с повышенным давлением жидкой среды;
изготовления жаростойкого бетона, температурные характеристики которого позволяют обеспечивать эксплуатацию при температуре до 1, 7 тысяч градусов Цельсия.;
заделки пробоин в морских судах.

Широкая область использования глиноземистого цемента делает его незаменимым в промышленном строительстве, горнодобывающей отрасли, шахтостроении, строительной химии, мостостроении, а также оборонной отрасли.

Маркировка

Глиноземистый цемент классифицируется на различные марки, согласно способности материала противодействовать сжимающим нагрузкам. В зависимости от изменения на протяжении 72 часов параметра прочности существуют следующие разновидности алюминатного состава:

ГЦ-40, прочность которого возрастает на протяжении 3 суток с 22,5 до 40 МПа. Применяется в строительной отрасли.
ГЦ-50, характеризующийся возрастанием прочностных характеристик с 27,4 до 50 МПа. Обладает улучшенными характеристиками, востребован в топливно-энергетической сфере.
ГЦ-60, отличающийся повышенной прочностью, значение которой на протяжении 72 часов изменяются от 32,4 до 60 МПа. Используется для специальных целей в металлургии, оборонном комплексе.

Цифровые индекс-маркировки характеризуют увеличение прочностных характеристик готового состава.

Заключение

Представленная в материале статьи информация о глиноземистом цементе, имеющем уникальные свойства, позволит лучше узнать материал, широко применяемый для выполнения ряда специальных задач. Ускоренный режим твердения, повышенные прочностные характеристики обеспечивают возможность его применения во многих областях промышленности.

Сырье для производства глиноземистого цемента

Глиноземистый цемент является выcoкoпpочным гидpавличeским вяжyщим, быcтpо твepдeющим как в воде, так и на вoздyxe. Для глиноземистого цемента xapaктеpнo быстpoe твepдeниe пpи высокой пpoчнocти, что позволяет шиpoкo использовать его в aвapийнo-вoccтанoвитeльныx paбoтax и военном cтpoительcтве.

Производство глиноземистого цемента пpeдycмaтpивaет использование клинкepа или шлака, coдеpжaщиx алюминаты кальция. Состав глиноземистых цементов зависит от xимикo-минеpaлoгичecкoгo состава сырья и пpимeняeмый тexнoлoгии производства глиноземистого цемента. Для производства этого цемента сырьевую смесь обжигают до paсплавленнoгo состояния или спекания. Пoлyченный мaтеpиaл тщательно измельчают.

Использование бокситов для производства глиноземистого цемента

Бокситы являются основным компонентом цементного сырья в производстве глиноземистого цемента. Это сырье сoдepжит гидpаты глинозема в виде диacпopa, гидpapгиллитa, бемита, а также кpeмнeзeм, оксиды магния, железа, титана и дpyгиx металлов. Пpоцeнтнoe содepжaниe глинозема в бокcитаx может дoxoдить до 70%.Иногда бокситы содepжaт железистый гематит, а также опаловый или квapцевый кpeмнeзeм.

Бокситы в основном иcпoльзyютcя для производства металлического алюминия. Иx качество oпpeдeляeтcя содepжaниeм окиси алюминия и коэффициентом качества- массовым отношением количества глинозема к кoличecтвy оксида железа в бoкcитax. Для производства глиноземистого цемента иcпoльзyют бокситы мapки Б-1 с коэффициентом качества 9 и coдepжaниeм глинозема не менее 49 %, а также бокситы маpки Б-2, Б-3, Б-7, кoтоpыe xapaктepизyются коэффициентом качества 7; 5; 5,6; соответственно и coдepжаниeм глинозема не менее 30%.

Использование шлаков пepeплaвки алюминия для производства глиноземистого цемента

Дpyгим видом цементного сырья для производства глиноземистого цемента cлyжaт шлаки втоpичнoй пepеплaвки алюминия или алюминoтepмичecкoгo производства фeppоcплaвoв. Чистый глинозем иcпoльзyетcя для производства высокоглиноземистого цемента и особо чистого высокоглиноземистого цемента. В качестве известковой компоненты цементного сырья слyжит известняк или обожженная известь. Вместо извести может также пpимeнятьcя гипс или фocфopиты.

В пpоцeccе восстановительной плавки кокс также является компонентой сырьевой шиxты. Химический состав цементного клинкepа зависит от cодepжaния в иcxoднoй шиxте жeлeзocoдepжaщиx соединений, способа производства глиноземистого цемента- методом плавления или спекания, кислотности cpeды обжига цементного клинкepa, ycлoвий oxлaждeния и дpyгиx фaктopoв.

Плавленый глиноземистый и высокоглиноземистый шлак может быть пoлyчeн методом aлюминoтepмии. Снижение cодеpжaния диоксида кpeмния в метaллypгичеcкиx шлaкax позволяет обогатить иx глиноземом. В paсплaвлeнный доменный шлак пpи его выпycке из печи либо в шлаковозный ковш вводят тepмитнyю смесь, coстоящyю из железной pyды и алюминия. Пpoиcxодит pеaкция с большим выделением тепла и тeмпepaтypa шлака поднимается до 2273К и выше.

Пpи введении 12-33% тepмитнoй смеси кpeмний пepexодит в феppocилиций, и на дне осаждается металлический фeppocиликoaлюминиeвый pacплaв. В доменном шлаке в pезyльтатe восстановления cодepжaниe диоксида кpeмния с 36,04 снижается до 6,48%, а глинозема повышается с 13,07 до 58,79%. Обpaзцы шлаков в измельченном виде пpедcтaвляют собой глиноземистые цементы, отличающиеся от обычныx цементов пониженной пpoчнocтью в начальные cpоки твepдeния.

Производство глиноземистого цемента.

Сырьем для глиноземистого цемента служат бокситы и известняки. Известняки были уже описаны на странице о производстве цемента, поэтому здесь мы ограничимся рассмотрением бокситов.

Бокситы представляют собой смесь какого-либо гидрата окиси алюминия (бемита y-Аl₂О₃*Н₂О; диаспора a-Аl₂О₃*Н₂О или гидраргиллита y-Аl₂ O ₃ -3Н₂О), являющегося главной составной частью, с глинистым веществом, кварцем, окислами железа и титана и т. д. Бокситы встречаются в ограниченном числе мест. Они служат также сырьем для производства глинозема, электрокорунда, огнеупоров.

По химическому составу бокситы неоднородны. Содержание в них отдельных окислов колеблется в довольно широких пределах; так, например, АI2О3 в них может быть 30-75%; S iO ₂ 2-20%; Fе₂ O ₃ 2-40%; TiO до 5% и связанной воды 10-25%. Для производства глиноземистого цемента необходимо, чтобы кремневый модуль или коэффициент качества (%Аl₂О₃/%Si O ₂) боксита был не меньше 2.

Известняк, используемый в производстве глиноземистого цемента, не должен содержать больше 1,5% S iO ₂ и 2% MgO.

В процессе производства глиноземистого цемента методом спекания приходится сталкиваться с затруднениями, вызываемыми малым интервалом плавкости, т. е. малой разницей между температурами плавления и спекания. Чем больше этот интервал, тем удобнее вести обжиг сырьевой смеси до спекания, так как возможные местные перегревы в печи не вызывают расплавления или сваривания обжигаемого материала. Сырьевая смесь, содержащая повышенное количество окислов железа; имеет близкие температуры спекания и плавления (разница между ними не более 30-50 0С) и поэтому непригодна для получения глиноземистого цемента методом спекания. Следует отметить, что температура плавления цементного клинкера превышает температуру его спекания примерно на 300°С.

При обжиге глиноземистого цемента методом спекания требуются более чистые бокситы с небольшим содержанием кремнезема (до 8%) и окиси железа (до 10%). При получении глиноземистого цемента методом плавления можно, использовать сырье с большим количеством примесей и менее тонко размалывать сырьевую смесь. Указанные трудности препятствуют распространению метода спекания, несмотря на меньший расход топлива и более легкую размалываемость клинкера.

В электрических печах используется теплота, развиваемая током, проходящим через расплавленную шихту. Шихта обычно состоит из боксита, извести, металлических добавок (железная стружка, скрап) и кокса. Кокс является восстановителем кремнезема и окислов железа, а металлические добавки вводятся для связывания образующегося кремния в ферросилиций. В этих печах можно плавить шихту в сильно восстановительных условиях. Это необходимо при использовании сырья с высоким содержанием кремнезема. Восстановление кремнезема начинается при температуре 1150-1200°С и идет достаточно интенсивно при температуре 1800-2000 0 С при избытке углерода. Часть кремния (до 15%) при этом улетучивается, а остальное его количество растворяется в расплаве так же восстановленного железа и образует малокремнистый ферросилиций. Удельный вес его достигает 6,5, а удельный вес высокоглиноземистого шлака около 3,0.

При таком способе производства бокситы должны содержать не более 15-18% Si O ₂; 15-17% окислов железа, отношение АI₂О₃ к Si O ₂ должно быть не менее 3. В электрические печи сырье подают в виде кусков размером 20-40 мм, причем известняк обычно предварительно обжигают до удаления СО₂, боксит же сушат, а иногда и обжигают для обезвоживания. При загрузке в электрическую печь влажного боксита и необожженного известняка, они, попадая сразу в зону с высокой температурой, вызывают бурление расплава, выбросы и взрывы, а выделяющаяся из известняка углекислота, кроме того, реагирует с углеродом электрода, ускоряя его обгорание.

В электрических печах можно получать глиноземистый цемент и в окислительных условиях. При этом в шихту не вводят восстановитель и она должна содержать небольшое количество кремнезема.

При доменной плавке шихта состоит из железистого боксита, известняка, металлического лома и кокса. В доменной печи шихта подсушивается и декарбонизируется. Окислы железа восстанавливаются газами, содержащими СО, а также твердым углеродом. В горне печи образуется в верхней части высокоглиноземистый шлак, а в нижней чугун. Оба материала периодически выпускаются из домны, причем температура шлака составляет 1600-1700°C, а чугуна 1450-1550°С. Охлаждают высокоглиноземистый шлак в изложницах или же разливают его на площадках слоем 100-150 мм. Домна является агрегатом, производящим три ценных продукта: чугун, глиноземистый цемент и доменный газ. Содержание окислов железа при этом не ограничивается, так как они восстанавливаются и переходят в чугун. Кремнезем восстанавливается лишь в небольшой степени, и поэтому коэффициент качества (А1₂О₃/SiО₂) должен быть не менее 7.

Глиноземистый цемент можно получать и путем плавления в конвертере.

Расплавленная масса охлаждается медленно. Это повышает качество глиноземистого цемента, так как образующиеся при медленном охлаждении кристаллические алюминаты кальция обладают более высокими гидравлическими свойствами.

Дробление и помол получаемых при плавлении в домнах и других печах глиноземистых шлаков осуществляются в мощных дробилках и мельницах и связаны с большим, чем при производстве цемента, расходом энергии (80-110 квт-ч на 1 т цемента) вследствие высокой твердости шлаков (7,0-7,5 по шкале Мооса). Охлажденный шлак подвергается двухступенчатому дроблению на щековой и конусной дробилке, а затем измельчается в трубных мельницах. Глиноземистый цемент измельчается до прохождения сквозь сито № 008 не менее 90% подвергаемой просеиванию пробы (ГОСТ 969-41). В состав глиноземистого цемента при помоле можно вводить до 2% специальных добавок.

Глиноземистый цемент, производство и применение глиноземистого цемента.

Глиноземистый цемент (ГОСТ 969-77) – быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, являющееся продуктом тонкого помола обожженной до сплавления или спекания сырьевой смеси, богатой глиноземом и окисью кальция. Глиноземистый цемент содержит преимущественно низкоосновные алюминаты кальция. Глиноземистый цемент быстротвердеющий, но не быстросхватывающийся.

Начало его схватывания должно наступать не ранее 45 минут, а конец – не позднее 12 часов. Вводя различные добавки в глиноземистый цемент, регулируют сроки его схватывания. При введении гидратов окиси кальция и натрия, карбоната натрия, двуугекислой соды, сульфатов натрия, кальция и железа, цемента схватывания глиноземистого цемента ускоряют, а при введении хлористых натрия, калия, бария, азотнокислого натрия, соляной кислоты, глицирина, сахара, уксуснокислого натрия, буры – схватывание замедляют. При твердении глиноземистого цемента в короткий промежуток времени выделяется большое количество тепла (за первые сутки 70-80% всего тепла), что приводит к значительному повышению температуры в первые сроки твердения. Это свойство цемента используют при низких температурах для зимних работ. Глиноземистый цемент выпускают марок 400, 500 и 600.

Прочность глиноземистого цемента характеризуется спадами и подъемами в различные периоды твердения. Чем быстрее идет процесс гидратации, тем чаще наблюдается падение прочности. Бетон на глиноземистом цементе более плотный и водонепроницаемый, а коррозийная стойкость выше, чем бетона на цементе. Бетоны и растворы на глиноземистом цементе достаточно морозостойки. Несмотря на хороший показатели свойств, глиноземистый цемент не получил такого широкого распространения, как цемент, так как сырья для его производства значительно меньше и стоимость намного выше.

Глиноземистый цемент применяют для получения быстротвердеющих строительных и жаростойких растворов и бетонов, используемых при скоростном строительстве, аварийных работах, зимнем бетонировании, при строительстве сооружений, подвергающихся действию минерализированных вод и сернистых газов.

Минералогический его состав может существенно меняться в зависимости от химического состава сырьевой смеси и способа производства.

Наиболее важными соединениями являются алюминаты кальция: СаО*А l ₂О₃(СА), 5СаО*3А l ₂О₃(С₅ A _З) и СаО*2АI₂О₃(СА₂).

В глиноземистом цементе всегда присутствует одно кальциевый алюминат. Он является основным его компонентом. Глиноземистые цементы делятся на высокоизвестковые, содержащие более 40% СаО, и малоизвестковые, в которых СаО менее 40%. В высокоизвестковых цементах наряду с однокальциевым алюминатом присутствует С₅А₃, а в малоизвестковых – С A ₂.

Однокальциевый двухалюминат также встречается в виде двух модификаций: устойчивой и неустойчивой. Состав этого минерала выражали ранее формулой 3СаО*5Аl₂О₃ (С₃А₅). В глиноземистом цементе обнаружена устойчивая форма СА2. Она образует крупные игольчатые призматические кристаллы. Отдельно взятый СА2 гидратируется и схватывается медленнее других алюминатов кальция, но отличается сравнительно высокой прочностью через длительное время.

Железосодержащие составляющие встречаются в глиноземистых цементах в виде твердых растворов в пределах составов С₆А₂ F -С₂ F . Возможно также присутствие 2СаО*Fе₂ O ₃, СаО*Fе₂О₃, Fе₃ O ₄ и F еО.

Твердение глиноземистого цемента, его свойства и применение.

Возможно образование и трехкальциевого гидроалюмината (3СаО*Аl₂О*6Н₂О) В виде кубических кристаллов в случае твердения глиноземистого цемента при температуре выше 25-30 0 С.

Другие соединения, встречающиеся в глиноземистом цементе: 5СаО*3А l ₂О₃, СаО*2Аl₂О₃, ферриты кальция, а также двухкальциевый силикат, подвергаются гидратации с о6разованием гидроалюминатов, гидроферритов и гидросиликатов кальция.

Происходящие при твердении физико-химические процессы в основном аналогичны протекающим при твердении цемента.

Глиноземистый цемент быстротвердеющий, но не быстросхватывающийся. Начало его схватывания по стандарту (ГОСТ 969-41) должно наступать не ранее 30 мин, а конец не позднее 12 ч. Если глиноземистый цемент смешать в пропорции 1: 1 с цементом, то смесь очень быстро схватывается и дает низкопрочный продукт. Объясняется это тем, что выделяющийся при твердении цемента гидрат окиси кальция быстро соединяется с появляющимся при твердении глиноземистого цемента гидратом глинозема или гидроалюминатом кальция, образуя малопрочный 3СаО*Аl₂О₃*6Н₂О. В результате Аl(ОН)₃ и Са(ОН)₂ из сферы действия реакции исчезают, что значительно ускоряет ход гидролиза СаО*Аl₂О₃ и 3СаО*Si O ₂. Процесс схватывания при этом сильно ускоряется и делается почти мгновенным, а прочность получается низкой. Основываясь на описанном свойстве, можно в случае необходимости ускорить схватывание глиноземистого цемента или цемента, добавляя небольшие количества цемента в первом случае и глиноземистого цемента во втором.

Ускоряют схватывание глиноземистого цемента и добавки гидрата окиси кальция, гидрата окиси натрия, сульфатов кальция, натрия и железа, карбонатов натрия, серной кислоты. Замедляют схватывание глиноземистого цемента добавка хлористых натрия, калия и бария, азотнокислого и уксуснокислого натрия, соляной кислоты, буры.

Добавка 10-20% гранулированного шлака не снижает прочности глиноземистого цемента. При добавке большего количества шлака получается шлаковый глиноземистый цемент, также быстротвердеющий, но дающий меньшую прочность.

При твердении глиноземистого цемента в короткий промежуток времени выделяется большое количество тепла (за первые сутки 70-80% всего тепла, тогда как у цемента такое же количество тепла выделяется за 7 суток твердения), что приводит ,к значительному повышению температуры в первые сроки твердения и весьма полезно в случае использования этого цемента при низких температурах для зимних работ. Однако при сооружении бетонных массивов с относительно большим поперечным сечением выделяющееся тепло вызывает сильное повышение температуры. В результате образуются вредные напряжения и появляются трещины. Кроме того, возможное при температуре выше 25-30 0 С образование шестиводного трехкальциевого алюмината (соли Торвальдсена) весьма отрицательно влияет на прочность цемента. Для снижения температуры твердеющего глиноземистого цемента применяют различные способы его охлаждения, ведут укладку небольших объемов бетона, используют для укладки в первую очередь зимой. Чтобы устранить вредное влияние трехкальциевого гидроалюмината, П. П. Будников предложил вводить в глиноземистый цемент 25-30% ангидрита, полученного обжигом гипса при 600-700°С. Ангидрит связывает трехкальциевый гидроалюминат в гидросульфоалюминат кальция:

Это улучшает строительные свойства глиноземистого цемента и дает возможность использовать его для больших бетонных массивов. Глиноземистый цемент с добавкой ангидрита называют ангидритглиноземистым цементом (АГ-цемент). Этот цемент дает при повышенных температурах (45-65 0 С) значительно более высокую прочность, чем чистый глиноземистый цемент. Аналогично влияет на свойства глиноземистого цемента и добавка двуводного гипса. Глиноземистый цемент достаточно интенсивно твердеет при пониженных температурах из-за повышенной экзотермии в начальные сроки твердения, вызывающей подъем температуры до обычной. Однако, если при этом температура окажется слишком низкой, то твердение глиноземистого цемента замедляется или даже прекращается. Лучше всего глиноземистый цемент твердеет при температуре 15-18°C во влажной среде. Гидротермальная обработка, пропаривание и запаривание изделий на глиноземистом цементе не применяются, так как при этом снимается их прочность.

Удельный вес глиноземистого цемента 3,0-3,3; объемный вес в рыхлом состоянии 1000-1300 кг/м 3 , а в уплотненном 1600-1800 кг/м 3 . Следовательно, по удельному и объемному весу глиноземистый цемент мало отличается от цемента.

Количество воды, необходимое для получения из глиноземистого цемента теста нормальной густоты, составляет 23-28% . Этот цемент должен обладать равномерностью изменения объема при испытании кипячением и в парах воды.

Марки глиноземистого цемента: 400, 500 и 600 (предел прочности, при сжатии через 3 суток стандартных трамбованных образцов из раствора жесткой консистенции состава 1 : 3). Следует отметить высокую раннюю прочность глиноземистого цемента (350-500 кг/см 2 через одни сутки). Обычно через 15-18 ч прочность глиноземистого цемента уже достаточна для введения в эксплуатацию сооружения.

Прочность глиноземистого цемента характеризуется спадами и подъемами в различные периоды твердения. Чем быстрее идет процесс гидратации, тем чаще наблюдаются спады прочности. По данным И. В. Кравченко, спады прочности тем больше, чем больше в глиноземистом цементе СаО и Si O 2 . Однако допускается лишь 10%-ное снижение прочности при растяжении к 28 суткам по сравнению с прочностью через 3 суток.

Полученные при испытании глиноземистого цемента в трамбованных образцах из раствора жесткой консистенции марки 400; 500 и 600 соответствуют примерно маркам 250, 300 и 400

Бетон на глиноземистом цементе более плотный и водонепроницаемый, чем на цементе. Объясняется это уплотняющим действием геля гидрата окиси алюминия, а также тем, что при твердении глиноземистый цемент связывает сравнительно большое количество воды, а в затвердевшем цементном камне меньше несвязанной воды, чем в цементе, что обусловливает большую его плотность.

Глиноземистый цемент отличается также большей стойкостью против сульфатных, хлористых, углекислых и других минерализованных вод по сравнению с цементом. Это объясняется повышенной плотностью и водонепроницаемостью бетона на глиноземистом цементе, отсутствием в затвердевшем цементе легко растворимых веществ (в цементе таким веществом, например, является гидрат окиси кальция) и защитным действием пленок гидрата окиси алюминия, обволакивающих гидратированные и негидратированные частицы цементного камня. Бетон на глиноземистом цементе морозостоек.

Жаростойкость глиноземистого цемента возрастает с увеличением содержания в нем АI₂О₃. Если изготовить высокоглиноземистый цемент, содержащий не менее 72% А l ₂О₃, в составе которого преобладает СА₂, то в сочетании с боем высокоглиноземистого кирпича в качестве заполнителя можно получить бетон с температурой службы 1700°С.

Высокая жаростойкость глиноземистых цементов объясняется тем, что возникающие при их твердении гидроалюминаты имеют устойчивую слоистую структуру. Удаляется кристаллохимическая вода из таких слоистых гидроалюминатов медленно, без разрушения кристаллов и снижения прочности.

Несмотря на высокое качество, глиноземистый цемент не получил такого широкого распространения как цемент, так как сырья для его производства значительно меньше и стоимость намного выше. Глиноземистый цемент целесообразно применять в тех случаях, когда можно эффективно использовать его положительные свойства. Его используют при скоростном строительстве, аварийных работах, зимнем бетонировании, при строительстве сооружений, подвергающихся действию минерализованных вод и сернистых газов, а также попеременному замораживанию и оттаиванию или увлажнению и высыханию, при тампонировании нефтяных и газовых скважин, для приготовления жаростойких бетонов и расширяющихся цементов различных видов.

Нельзя использовать глиноземистый цемент для конструкций, в которых температура бетона в результате внешнего воздействия или тепловыделения может подняться выше 25-30 0 С. Ангидритглиноземистый цемент можно применять и при повышенных температурах.

Производство глиноземистого цемента

Глиноземистым цементом называется быстро твердеющее гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем обжига-до сплавления или спекания материалов с большим содержанием глинозема (бокситов) вместе с известью или известняком и последующего тонкого помола продукта - обжига. Глиноземистый цемент иногда называют «бокситным» - по имени сырья опорной породы (боксита), из которого его изготовляют, или «алюминатным» - по тем соединениям, которые образуются в процессе обжига и твердения. Глиноземистый цемент характеризуется тем, что приготовленные на нем растворы и бетоны, в отличие от всех других видов цементов, по истечении одних суток твердения (т. е. через 24 часа), показывают уже большую механическую прочность. Это исключительное свойство глиноземистого цемента делает его чрезвычайно ценным материалом для военного, а также транспортного строительства. Глиноземистый цемент был изобретен в 1908 г. одновременно американцем Шпекманом в французом Бидом. До Первой мировой войны (1914 г.) этот вид цемента имел очень ограниченное применение во всех странах.

Сырье для глиноземистого цемента

В отличие от портландцемента, где преобладающими составными частями являются силикаты кальция, т. е. вещества, состоящие из извести и кремнекислоты, в глиноземистом цементе преобладает однокальциевый алюминат (Са/О.А120з). Соответственно этому сырьем для производства глиноземистого цемента служат известняк и богатые глиноземом вещества, главным образом бокситы. Боксит представляет собой физическую смесь коллоидных гидратов глинозема, окиси железа, кремнезема и двуокиси титана с адсорбированной водой. В противовес производству алюминия, где требуется чистая порода боксита, для производства глиноземистого цемента можно использовать бокситы с большим содержанием примесей. Это обстоятельство значительно расширяет сырьевую базу для производства глиноземистого цемента.

Глиноземистый цемент Lafarge

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.

Сырьем для производства глиноземистого цемента является

Он получается в результате обжига до сплавления или до спекания смеси сырья, богатого глиноземом, с известняком (или известью) и последующего тонкого помола. Название «алюминатный» соответствует высокому содержанию алюминатов кальция в составе цемента.

Состав и свойства

Этот цемент отличается стойкостью по отношению к действию минерализованных вод. Несмотря на способность быстро твердеть, сроки схватывания его нормальные.

Основным минералом, содержащим глинозем (Аl₂O₃), являются глины, идущие для производства глиноземистого цемента и применение его для получения различных керамических изделий.

По химической природе окислы алюминия представляют амфотерные образования, реагирующие как с кислотами, так и со щелочами. Это сказывается и на стойкости алюмосиликатов.

Все же в керамических изделиях, особенно в плотных видах их отмечается хорошая и отличная стойкость к кислотам и удовлетворительная к щелочам. В едких щелочах, например, обыкновенный глиняный кирпич разрушается весьма быстро.

Вяжущим алюминатного типа является глиноземистый цемент; он получается путем обжига до сплавления богатого глиноземом сырья (бокситов) совместно с известняком. Путем последующего тонкого помола продукта обжига получают глиноземистый цемент.

По химическому составу полученный цемент содержит в %:

глинозема (Аl₂O₃) . 35—55
извести (СаО). 35—45
кремнезема (SiO₂). 5—10
окислов железа (Fe₂O₃) . 0—15

Глиноземистый цемент содержит по преимуществу низкоосновные алюминаты кальция и в основном однокальциевый алюминат СаО • Аl₂O₃(СА), а также С₅А3 и С₃А₅, присутствуют также C₂S, C₂SA и некоторые другие.

При твердении глиноземистого цемента происходит гидролиз СА:

Существенно отметить, что при повышенных температурах (более 30°С) вместо С₂АН₇ образуется С₃АН₆ со снижением прочности и последующей стойкости бетона.

Для улучшения свойств глиноземистого цемента иногда вводят в него 25—30% ангидрита, а цемент получает название гипсоглиноземи-стого или ангидритоглиноземистого.

Глиноземистый цемент часто применяется в качестве одной из составляющих расширяющихся цементов.

В соответствии с амфотерной природой глинозема и гидроокиси алюминия глиноземистый цемент несколько лучше противостоит действию слабых кислот, чем портландцемент, но значительно менее стоек в щелочах, особенно едких.

Отмечается также повышенная стойкость этого цемента в сульфатных водах.

Сырье и производство глиноземистого цемента

Сырьем для этого цемента служат: боксит горная порода, богатая глиноземом, и известняк. Бокситы встречаются сравнительно редко и являются очень ценным сырьем, используемым главным образом для производства алюминия. При производстве данного цемента можно частично использовать и более дешевое сырье некоторые отходы промышленности, богатые глиноземом.

Изготовлении глиноземистого цемента

При изготовлении глиноземистого цемента способом плавления требуется температура около 1400°, способом спекания 1200—1300°. Обжиг до плавления ведут в электрических печах или в вагранках, имеющих кожух, в который подается вода для охлаждения. Обжиг до спекания ведут во вращающихся печах. После обжига и охлаждения производится тонкий помол полученного клинкера.

Глиноземистый цемент получают таким способом

путем плавки в доменной печи бокситовой железной руды с довкои известняка и металлического лома. При этом доменная печь одновременно дает чугун и шлак, представляющий собой глиземистый цементный клинкер. Стоимость глиноземистого цемента в несколько раз превышает стоимость обыкновенного цемента, что ограничивает его применение

Химический состав глиноземистого цемента

По химическому составу глиноземистый (алюминатный) цемент отличается от портландцемента более высоким содержанием глинозема (около 40%) и меньшим содержанием окиси кальция (около 40%) и кремнезема (б—8%). В отличие от обыкновенного цемента, в клинкере которого содержатся главным образом силикаты, клинкер глиноземистого (алюминатного) цемента состоит преимущественно из алюминатов кальция.

Главная составная часть этого цемента однокальциевый алюминат СаО • Аl2Оз, второстепенное соединение двухкальциевый силикат 2СаО • SiO2, инертная примесь геленит 2СаО • Si2O3 • А12Оз.
При соединении однокальциевого алюмината с водой происходит следующая реакция:
2(СаО • Аl2Оз) + nН2О=2СаО •.Аl2О3 • 7Н2О+Аl2О3 • тН20.
Соединение 2СаО • Аl2О3 • 7Н2О является главной составной частью затвердевшего глиноземистого цемента.
В этом цементе не содержится трехкальциевого алюмината и почти не выделяется свободной гидроокиси кальция, т. е. нет тех двух веществ, которые, реагируя с сульфатами и другими веществами, могут вызвать разрушение обыкновенного цемента. Этим и объясняется высокая стойкость затвердевшего глиноземистого цемента в сульфатных, морских, углекислых и других минерализованных водах. Однако сильные кислоты, концентрированные растворы сернокислого магния и щелочей действуют все же разрушающе и на этот цемент.

Свойства и применение глиноземистого цемента

Для глиноземистого цемента по ГОСТ установлены следующие требования:
тонкость помола: через сито № 0085 (с отверстиями 0,085 мм) должно пройти не менее 90%;
сроки схватывания: начало — не раньше 30 мин., конец — не позднее 12 час. после затворения водой, т. е. обычные;
цемент должен обладать равномерностью изменения объема.

Глиноземистый цемент по результатам испытания в образцах из раствора жесткой консистенции делится на три марки: 300, 400 и 500. Эти марки в отличие от марок обыкновенного цемента определяются на основании трехдневных испытаний. Предел прочности при сжатии и растяжении в растворе состава 1:3 с нормальным вольским песком должен быть по стандарту не ниже величин. По новому методу при испытании в образцах из раствора пластичной консистенции этот цемент будет иметь марки 200—500. Предел прочности при сжатии и изгибе должен быть не ниже величин.

Прочность цемента при сжатии через 28 дней должна быть не ниже, чем через 3 дня, но прочности при растяжении и изгибе может быть ниже на 10%.
Глиноземистый цемент по прочности на сжатие через 3 дня не уступает высокопрочному портландцементу, но выгодно отличается от него быстрым твердением, приобретая уже через день высокую прочность. После 3 дней твердения прочность нарастает медленно: к 7 дням — примерно на 20%, к 28 дням — на 30 — 40%

Твердение глиноземистого цемента сопровождается большим выделением тепла (60—90 ккал/кг). Это явление полезно при зимних бетонных работах, но нежелательно, а иногда даже опасно, при бетонировании массивных конструкций, особенно в летнее время. Вообще для бетонирования массивных сооружений глиноземистый цемент не предназначен.

Лучше всего этот цемент твердеет во влажной среде при температуре 15°. При повышении температуры прочность глиноземистого цемента значительно понижается. При температуре выше 40° вместо соединения 2СаО • Аl2О3 • 7Н2О начинает образовываться соединение ЗСаО • Аl2О3 • 6Н2О, имеющее низкую прочность. Поэтому глиноземистый цемент (в отличие от обыкновенного цемента, шлакового и др.) нельзя искусственно нагревать (пропаривать и т. п.).
Глиноземистый цемент придает более высокую (чем обыкновенный цемент) плотность и водонепроницаемость растворам и бетонам, что объясняется химическим связыванием большого количества воды.

Глиноземистый цемент следует применять в специальных сооружениях, при спешных дорожных, строительных и монтажные работах, при работах в зимнее время, в морских (немассивных) сооружениях и вообще в бетонных сооружениях, находящихся в минерализованных водах.

Читайте также: