Глинозёмистый цемент

Подробности: Создано 09.05.2011 17:42; Обновлено 11.12.2011 13:23; Автор: Admin

В 1908 г. американец Шпэкман приготовил цемент, названный им «алка-лейм», основной составляющей которого являлись алюминаты кальция.

В то время этот цемент в США имел определенное признание и довольно сильно рекламировался. Однако в Европе он не получил распространения в силу конкуренции. Так, в 1913 г. председатель германского общества портландцементных заводчиков на одном многолюдном собрании во всеуслышание предостерегал от пользования таким цементом.

По существу «алка-лейм» являлся прототипом глиноземистого цемента, с которым германцам пришлось в скором времени встретиться, правда, совсем в иных условиях. Именно это случилось во время войны, когда немцы заметили, что французы, занимая разрушенные неприятельские позиции, быстро восстанавливали платформы для орудий и уже через несколько часов производили обстрел их позиций. Или, продвигаясь вперед, восстанавливали за одну ночь железобетонные мосты, и к утру по ним двигалась военная техника. Уже после войны выяснилось, что французы использовали такой же цемент при защите Вердена, и когда немцы разрушали крепостные стены, то в течение ночи французы их восстанавливали, ликвидируя таким образом последствия бомбардировки.

Оказывается, что перед войной, а именно в 1908 г., известная французская фирма «Ляфарж» изготовляла этот цемент, но все производство держалось в строгом секрете. Производство цемента было поставлено на основе результатов многолетних исследований Бида, который производил их независимо от Шпэкмана. Бид в своих исследованиях исходил из указаний Вика, сделанных еще в 50-х гг. ХГХ в., а именно, что если бы удалось получить цемент, в котором отношение суммы весовых количеств кремнекислоты и глинозема к извести было бы больше единицы, т. е.
(А1₂О3 + SiО₂) %
_______________ >1,
СаО %
то цемент этот бы не разрушался в минерализованных водах и, в первую очередь, морской воде. Бид задался целью получить такой цемент, и он действительно получил его, тем самым подтвердилась блестящая идея Вика.

Но вместе с тем оказалось, что открытый Видом цемент обладает чрезвычайно важным свойством: очень большой механической прочностью, причем достигает он ее уже в первоначальные сроки твердения. Открытый Видом цемент является не чем иным, как глиноземистым цементом.

Что же представляет собой глиноземистый цемент? Глиноземистым цементом называется быстротвердеющее гидравлическое вяжущее, вещество, представляющее собой продукт тонкого измельчения сплава или клинкера, который получается расплавлением или спеканием сырьевой смеси, состоящей из бокситов и извести или известняка и обеспечивающей преобладание в готовом продукте низкоосновных алюминатов кальция.

В состав портландцемента, как известно, входит четыре минерала. Глиноземистый цемент таких минералов не имеет, в своем составе он содержит:
СаО·А1₂О₃ - однокальциевый алюминат, 5СаО·ЗА1₂О₃ - пятикальциевый трехалюминат, ЗСаО·5А1₂О₃ - трехкальциевый пентаалюминат и др.

Основным носителем гидравлических свойств глиноземистого цемента является однокальциевый алюминат, который при твердении в обычных температурных условиях подвергается гидратации и гидролизу по следующей реакции:
2(СаО·А1₂О₃) + 4Н₂О = 2СаО·А1₂О₃·8H₂О + 2А1(ОН)₃.

При температурах выше 25 °С (обычно в больших бетонных массивах) вместо двухкальциевого образуется трехкальциевый гидроалюминат, что вызывает значительное снижение прочности.

Сырьем для получения глиноземистого цемента служат бокситы и известняк. Бокситы представляют горную породу разнообразного цвета от белого до темно-красного, являющуюся продуктом разрушения базальтов, гнейса и других горных пород. Основным оксидом бокситов является глинозем, который содержится в них в виде водного окисида алюминия, общая формула которого А1₂О₃.nН₂О. Содержание глинозема в бокситах колеблется в довольно широких пределах от 40 до 90 %. Такой разброс вызывает необходимость обогащения бокситов путем флотации пустой породы.
Обжиг сырья производится либо до спекания во вращающихся печах, либо до плавления в электропечах.
Готовый продукт обладает следующими свойствами:
- плотность колеблется в пределах 3,0-3,3 г/см³, а насыпная 1,1-1,Зг/см³,т.е. такие же, как и у обычного портландцемента;
- водопотребность 24-28 %;
- начало схватывания не ранее 30 мин, а конец не позднее 10 ч обычно начало 1—1,5 ч, а конец 4-6 ч;
- выпускается марок 400, 500 и 600. Марка глиноземистого цемента определяется в возрасте трех суток с момента изготовления образцов. Через сутки твердения прочность этого цемента достигает 80-90 % от марочной;
- температура окружающей среды при твердении не должна превышать +30 °С, в противном случае С₂АН₈ преобразуется в С₃АН₆ , что приводит к снижению прочности затвердевшего камня. Изделия на этом цементе нельзя пропаривать в силу указанной причины. При пониженных температурах (5-10 °С) он твердеет интенсивно за счет большого выделения тепла;
- высокая морозостойкость и водостойкость. Объясняется это большой плотностью цементного камня. При прочих равных условиях пористость его в 1,5 раза меньше, чем у портландцементного камня, за счет более глубокой гидратации;
- высокая жаростойкость. Бетоны на его основе сопротивляются температурам 1 200-1 400 °С;
- стоек против всех видов коррозии, за исключением щелочной;
- утрачивает свойства при смешении с другими вяжущими веществами.

Глиноземистый цемент обладает одним существенным недостатком, он очень дорогой, т. к. для его приготовления используют ценнейшее сырье - бокситы. По стоимости он в 5-6 раз превосходит портландцемент.

Используется этот цемент в основном для военных целей и в случае аварийных работ. Кроме того, он служит основным компонентом при получении водонепроницаемых расширяющихся цементов.