Глиноземистый, безусадочный, расширяющиеся и напрягающий цементы (получение, основные характеристики и применение).

Глиноземистым цементом называют быстротвердеющее (но нормально схватывающееся) гидравлическое вяжущее вещество, получаемое при тонком измельчении обожженной до плавления (или спекания) сырьевой смеси бокситов и извести с преобладанием в готовом продукте низкоосновных алюминатов кальция. Для интенсификации процесса помола клинкера допускается введение технологических добавок до 2%, которые не ухудшают качество цемента и снижают его стоимость. В состав клинкера цемента входят низкооснбвные алюминаты, при этом главной составной частью является однокальцие-вый алюминат СаО-А12Оз. При затворении порошка глиноземистого цемента водой образование пластичного теста, последующее его уплотнение и твердение протекают аналогично обыкновенному портландцементу. Однокальциевый клюминат при взаимодействии с водой гидратируется, образуя в конечном итоге двухкальциевый восьмиводный гидроалюминат 2СаО'А120з-8НгО и гидрат оксида алюминия. В дальнейшем происходят уплотнение геля двухкальциевого гидроалюмината и кристаллизация продуктов гидратации. Уплотнение и кристаллизация геля глиноземистого цемента протекают очень интенсивно, что обеспечивает быстрое нарастание прочности. Примерно через 5...6 ч прочность глиноземистого цемента может достичь 30% и более от марочной, через сутки твердения— выше 90%, а в 3-суточном возрасте — марочной прочности. По величине предела прочности при сжатии глиноземистый цемент делят на три марки: 400, 500 и 600. Для определения марки испытывают на сжатие половинки образцов-балочек размером 40X40X160 мм, твердеющие 3 сут в нормальных условиях. Глиноземистый цемент является быстротвердеющим, но не быстросхватывающимся вяжущим веществом. Начало схватывания его должно наступать не ранее 30 мин, а конец не позднее 12 ч. Наиболее благоприятными для твердения глиноземистого цемента являются влажные условия и нормальная температура (20±5)°С. Нарастание прочности цемента в условиях температуры выше 25°С уменьшается. Возможны даже падение достигнутой прочности и разрушение бетона в результате перекристаллизации двухкальциевого гидроалюмината в трехкальциевыи. Это называют болезнью глиноземистого цемента. Поэтому про-паривание изделий на глиноземистом цементе не допускается. При температуре ниже нормальной и близкой к нулю твердение глиноземистого цемента происходит удовлетворительно, что объясняется его высокой экзотермией. В течение 1...3 сут твердения глиноземистый цемент выделяет в 1,5...2 раза больше тепла, чем портландцемент. Большое тепловыделение ограничивает применение глиноземистого цемента в массивных конструкциях, так как разогрев бетона внутри массива и охлаждение его снаружи вызывают растягивающие напряжения в наружных слоях и образование трещин. Тонкость помола характеризуется остатком на сите № 008, которого должно быть не более 10% массы пробы. Бетоны на глиноземистом цементе водо-, воздухо- и морозостойки, а также стойки в условиях пресных и сульфатных вод, однако разрушаются в щелочных водах. Высокая воздухостой-кость глиноземистого цемента объясняется уплотнением и кристаллизацией продуктов гидратации цемента и их незначительной деформативной способностью при изменении влажности воздуха. Бетоны на глиноземистом цементе обладают значительной плотностью, что и определяет их высокую морозостойкость. Повышению плотности способствует гель гидрата оксида алюминия, образующийся при гидратации однокальциевого алюмината, который имеет плотное строение. Применение глиноземистого цемента существенно ограничивается его стоимостью (он в 3...4 раза дороже портландцемента), хотя по своим физико-химическим свойствам (скорости твердения, стойкости в различных средах) он превосходит все другие вяжущие вещества, в том числе и портландцемент. Применяют глиноземистый цемент в тех случаях, когда наиболее рационально используются его специфические свойства, например при срочных восстановительных работах (ремонт плотин, дорог, мостов, при срочном возведении фундаментов). Химическая стойкость глиноземистого цемента делает целесообразным его использование для тампонирования нефтяных и газовых скважин, на предприятиях пищевой промышленности, на травильных и красильных предприятиях, для футеровки шахтных колодцев и туннелей. Глиноземистый цемент по сравнению с другими вяжущими обладает стойкостью против действия высоких температур (1200... 1400°С и выше), что позволяет использовать его для изготовления жаростойких бетонов, применяемых в качестве футеровки тепловых аппаратов. Расширяющийся портландцемент (РПЦ) получают из (% по массе): портландцементного клинкера — 58...63, высокоглиноземистого доменного шлака — 5...7, двуводного гипса — 7... 10 и активной минеральной добавки — 20...25, которые совместно размалывают в тонкий порошок— цемент. РПЦ характеризуется более быстрым нарастанием прочности, чем портландцемент, особенно при кратковременном пропаривании изделий, высокой плотностью и водонепроницаемостью цементного камня до 1,2 МПа и более. Применяют РПЦ там же, где и другие расширяющиеся цементы, а также в производстве сборных железобетонных изделий, что позволяет сократить время тепловой обработки до 4...6 ч. Напрягающий цемент (НЦ) изготовляют на основе клинкеров портландцемента (65...70%) и глиноземистого цемента (16...20%) с добавлением двуводного гипса (14...16%) путем совместного помола до удельной поверхности не менее 3500 см2/г. Напрягающий цемент быстро схватывается (через 2...7 мин) и быстро твердеет, приобретая через сутки нормального твердения прочность до 20 МПа. Характерной особенностью этого цемента являются не только значительная величина, но и большая энергия расширения, обеспечивающие самонапряжение камня до 3...4 МПа. Это свойство НЦ позволяет использовать его для изготовления так называемых самонапряженных железобетонных конструкций, в которых натяжение арматуры возникает при расширении твердеющего цемента. При этом арматура может получить двух- и трехосное напряжение, чего трудно добиться обычными приемами натяжения арматуры. Напрягающий цемент рекомендуется применять для изготовления напорных труб и других тонкостенных железобетонных изделий и конструкций с напряженной арматурой. Безусадочный цемент это специальный цемент - как правило это расширяющийся, напрягающий и реопластичный цемент с очень малой усадкой. Как правило, для безусадочного бетона мала или отсутствует как пластичная усадка, так и усадка после схватывания. Однако, для затвердевания требуется больший, чем для простых бетонов, срок - от двух до трёх дней. Реопластичность - это текучесть при низком содержании воды. Безусадочный цемент разводится в соотношении примерно на 3 кг сухого материала 1 литр воды или до 15%-20%. В итоге смесь из 25 кг., готовая к использованию имеет объём в 16,5 литров. При смешивании в таком соотношении раствор имеет свойство очень жидкой консистенции. Отсюда основными эксплуатационными свойствами бетона на основе безусадочного реопластичного цемента является высокая текучесть, высокая удобоукладываемость, высокий процент ранней и конечной плотности. Также реопластичный бетон имеет стойкость к воздействию масла и углеводородов - олеофобность. Получаемый реопластичный безусадочный бетон - это бетон вязкий, в котором соотношение воды и цемента совпадает с тем же соотношением в контрольном бетоне с пониженной осадкой конуса, при этом, несмотря на осадку, до 20 см, не происходит водоотделения. Помимо безусадочности и реопластичности, бетон имеет стойкость к воздействию сульфатов. При этом, реопластичые растворы, вследствие низкого содержания воды, могут в период твердения нуждаться в мерах по противодействию испарению воды с поверхности - обработка специальным средством по уходу за бетоном, препятствующим испарению влаги. В противном случае при нанесении тонким слоем на поверхность безусадочный бетон может трескаться. Область применения безусадочного цемента широка: получение литых безусадочных бетонных смесей с высокой ранней и конечной прочностью; изготовление растворных смесей, предназначенных для закрепления (анкеров); инъектирования трещин и пустот в бетонных и каменных конструкциях; нагнетание в каналы с напрягаемой арматурой или анкерами под высоким механическим напряжением; укладка бетона с подачей на высоту более 200 м и укладка бетона на высоте; укладка бетона при пониженной влажности; для цементации пространств толщиной в несколько миллиметров между камнями, поверхностями каменной кладки и т.д.; для заливки раствором железобетонных элементов и конструкционных стыков, для изготовления густотоармированных железобетоны; фундаменты АЭС и фундаменты турбогенераторов; фундаменты портов, пирсов, ремонтные работы в промышленных зонах, где имеются минеральные масла, смазочные материалы и топливо (углеводороды)