Известково-шлаковые и сульфатно-шлаковые цементы

 

Шлаковые (бесклинкерные) цементы изготавливаются путем совместного помола доменных гранулированных шлаков (до 90 %) с добавками извести, обожженного доломита и гипса. Это самый дешевый вид цементов, поскольку не требует добавления при его изготовлении дорогих компонентов (необходимы лишь сушильные и помольно-смесительные установки).

Известково-шлаковый цемент. Его изготавливают путем тонкого помола смеси доменного гранулированного шлака и воздушной извести (в основном негашеной СаО) в количестве 20…30 % с добавкой гипса (3…5 %). Он медленно схватывается и медленно твердеет, быстро утрачивает активность при хранении (рекомендуется проверять их качество каждые 2 месяца). Эти цементы применяют для приготовления строительных растворов и бетонов низких марок (50, 100, 150, 200).

Сульфатно-шлаковый цемент. Это продукт совместного тонкого помола доменного гранулированного шлака (75…85 %) и гипса (15…20 %) с добавками портландцементного клинкера (до 5 %) или извести (до 2 %). Это медленно твердеющее вяжущее марок М150, М200 и М300. Сроки схватывания и твердения те же, что и у известково-шлакового цемента.

Процесс твердения ускоряют пропариванием, автоклавной обработкой или добавками СаСℓ₂. Применяют для приготовления строительных растворов и бетонов для подземных и подводных сооружений, в том числе подвергающихся воздействию сульфатных вод или вод, содержащих СО₂.

Сульфатно-шлаковый цемент – самый дешевый цемент вследствие очень малого содержания в нем активирующей добавки (5-8 % ангидрита и 5-8 % обожженного доломита), остальная часть – доменный гранулированный шлак в количестве 85-95 %.

 

Глиноземистые (алюминатные) цементы

 

Общие положения

 

Глиноземистый цемент – это быстротвердеющее и высокопрочное гидравлическое вяжущее вещество. Оно образуется тонким измельчением клинкера, получаемого обжигом до спекания сырьевой смеси из известняка и глиноземистого сырья (например, бокситов – Aℓ₂O₃∙nH₂O), содержащего до 50 % Aℓ₂O₃, до 45 % СаО, до 15 % SiO₂, до 15 % Fe₂O₃ и других оксидов (железа, магния и др.).

Основным минералом является однокальциевый алюминат (СаО×Aℓ₂O₃)

 

Особенности структурообразования и свойства

Этот вид цемента через сутки твердения набирает прочность, составляющую более 85 % марочной.

Это объясняется тем, что гидратация СаО×Aℓ₂O₃ в глиноземистом цементе протекает быстро по схеме:

СаО×Aℓ₂O₃) + 10Н₂О = СаО×Aℓ₂O₃×10Н₂О, а далее протекает реакция перекристаллизации:

2(СаО×Aℓ₂O₃ 10Н₂О = 2СаО×Aℓ₂O₃×8Н₂О + 2Aℓ(OH)₃∙+ 9H₂O.

Первой особенностью гидратации глиноземистого цемента является то, что при этом процесс перекристаллизации однокальциевого алюмината в соответствующие кристаллогидраты протекает с большой скоростью (образование кристаллов из пересыщенных растворов завершается за очень короткое время).

Другой особенностью гидратации однокальциевого алюмината является ее высокая экзотермичность, что определяет значительное тепловыделение в процессе схватывания и твердения глиноземистого цемента. При этом тепловой эффект полностью проявляется в первые часы взаимодействия цементов с водой. Поэтому этот вид цементов нельзя использовать для бетонирования массивных конструкций, где возможен саморазогрев бетона, а также в условиях жаркого климата.

Третьей особенностью гидратации однокальциевого алюмината является то, что при этом не образуется гидроксид кальция Са(ОН)₂ и поэтому цементный камень на глиноземистом цементе значительно лучше сопротивляется действию минерализованных вод.

Однако бетоны на глиноземистом цементе разрушаются под действием воды, содержащей свободные кислоты.

Сроки схватывания глиноземистого цемента почти такие же, как и у портландцемента: начало – не ранее 30 мин, конец – не позднее 12 ч. (обычно 4…5 ч). После схватывания прочность нарастает лавинообразно. Это быстротвердеющее вяжущее (рис. 4.20).

Глиноземистый цемент выпускают марок 400, 500, 600.

Усадка этого вида цемента при твердении на воздухе значительно ниже, чем у портландцемента (в 3…5 раз), а пористость цемента ниже примерно в 1,5…2 раза. Это объясняется тем, что при одинаковой с портландцементом водопотребностью глиноземистый цемент при твердении химически связывает 30…45 % воды от массы цемента, а портландцемент только около 20 %. Нормальными условиями твердения считаются такие, когда температура бетона (раствора) на глиноземистом цементе не превышает 25 °С.