Строительные материалы и изделия

ГЛИНОЗЕМИСТЫЙ ЦЕМЕНТ

Глиноземистый цемент — быстротвердеющее гидравлическое вяжущее, состоящее преимущественно из моноалюмината кальция (СаО • А1203). Свое название этот цемент получил от технического названия оксида алюминия А1203 — «глинозем».

Промышленное производство глиноземистого цемента началось во Франции в 1912 г. под названием «цемент Фондю» (в Европе этот цемент до сих пор носит это название). Глиноземистый цемент с успехом использовался французами в ходе первой мировой войны для срочного восстановления мостов и других инженерных сооружений. В других европейских странах его производство началось только в 20-е годы. Причина этого не только в том, что производство глиноземистого цемента было строго засекречено, но и в том, что Франция в то время была одной из немногих стран, имеющих залежи бокситов и дешевую электроэнергию ГЭС — два фактора, необходимых для производства глиноземистого цемента.

Получение. Сырьем для глиноземистого цемента служат, как уже было сказано, бокситы и чистые известняки. Бокситы — горная поро­да, состоящая из гидратов глинозема (А1203 • пН20) и примесей (в основном Fe203, Si02, СаО и др.). Бокситы широко используются в различных отраслях промышленности: для получения алюминия, аб­разивов, огнеупоров, адсорбентов и т. п., а месторождений с высоким содержанием А1203 очень немного.

Производство глиноземистого цемента более энергоемко, чем про­изводство портландцемента. Клинкер глиноземистого цемента полу-1 чают либо плавлением в электрических или доменных печах (при

1500.. .1600° С), либо спеканием (при 1200...1300° С). Размол клинкера затруднен из-за его высокой твердости. В целом из-за того, что производство глиноземистого цемента очень энергоемко, а сырье (бокситы) — дефицитно, его стоимость в несколько раз выше, чем стоимость портландцемента.

Состав. Химический состав глиноземистого цемента, получаемого разными методами, находится в следующих пределах: СаО — 35...45 %;

А1203 — ЗО...50 %; Fe203 — 0...15 %; Si02 — 5...15 %. В минеральном со­ставе клинкера глиноземистых цементов преобладает однокальциевый алюминат СаО • А1203 (СА), определяющий основные свойства этого вяжущего. Кроме того, в нем присутствуют алюминаты — СА2, С12А7; двухкальциевый силикат C2S, отличающийся, как известно, медленным твердением, и в качестве неизбежной балластной примеси — геленит

— 2СаО • А1203 • 2Si02.

Твердение. Процесс твердения глиноземистого цемента и проч­ность образующегося цементного камня существенно зависят от тем­пературы твердения. При нормальной температуре (до + 25° С) основ­ной минерал цемента — СА взаимодействует с водой с образованием кристаллического гидроалюмината кальция и гидроксида алюминия в виде гелевидной массы:

2(СаО • А1203) + 11Н20 = 2СаО ■ А1203 • 8Н20 + 2А1(ОН)3 + Q

Суммарное тепловыделение (Q) у глиноземистого цемента немного ниже, чем у портландцемента (около 300...400 кДж/кг), но протекает оно в очень короткие сроки (в первые сутки выделяется 70...80 % от общего количества теплоты). Поэтому возможен перегрев бетонов на глиноземистом цементе в случае больших объемов бетонирования.

Если же температура твердеющего глиноземистого цемента превы­сит 25...30° С, то изменяется химизм твердения, и вместо С2АН8 образуется при этом прочность цементного камня будет ниже

в 2...2,5 раза. Поэтому глиноземистый цемент не рекомендуется ис­пользовать для бетонирования массивных конструкций, где возможен саморазогрев бетона, а также в условиях жаркого климата. Нельзя также его пропаривать. При работах в зимних условиях, напротив, самора­зогрев и быстрое твердение делают глиноземистый цемент очень перспективным.

Свойства. У глиноземистого цемента удивительное сочетание свойств.

Сроки схватывания почти такие же, как у портландцемента: начало

— не ранее 30 мин, конец — не позднее 12 ч (реально 4...5 ч).

После окончания схватывания прочность нарастает очень быстро (лавинообразно). Уже через сутки глиноземистый цемент набирает до 90 % от марочной прочности, которая у него определяется в 3-суточном возрасте. Марки у глиноземистого цемента такие же, как у портланд­цемента: 400; 500 и 600 (табл. 8.2).

Усадка глиноземистого цемента при твердении на воздухе ниже, чем у портландцемента, в 3...5 раз. Пористость цементного камня также ниже (приблизительно в 1,5 раза). Это связано с тем, что при одина­ковой с портландцементом водопотребности глиноземистый цемент при твердении химически связывает 30...45 % воды от массы цемента (портландцемент — около 20 %).

Среда в процессе твердения и в затвердевшем цементном камне у глиноземистого цемента слабощелочная. Свободного Са(ОН)2 цемен­тный камень не содержит. Это обстоятельство в сочетании с понижен­ной пористостью делает бетоны на глиноземистом цементе более устойчивыми к коррозии в пресной и минерализованной воде.

Области применения. Глиноземистый цемент целесообразно ис­пользовать при аварийных и срочных работах, при зимних работах и в тех случаях, когда от бетона требуется высокая водостойкость и водонепроницаемость. Кроме того, глиноземистый цемент является компонентом многих расширяющихся цементов (см. § 8.1).

Специальная область использования глиноземистых цементов — жаростойкие бетоны. Объясняется это тем, что, во-первых, в продуктах твердения этого цемента нет Са(ОН)2, и, во-вторых, при температуре

700.. .800° С между продуктами твердения цемента и заполнителями бетона начинаются реакции в твердой фазе, по мере протекания которых прочность бетона не падает, а повышается, так как бетон превращается в керамический материал (опасность присутствия Са(ОН)2 заключается в том, что при нагреве он переходит в СаО, который при любом контакте с водой гасится, разрушая при этом бетон).