§6. Глиноземистый цемент

В отличие от портландцемента, в составе которого преобладают силикаты кальция, глиноземистый цемент состоит преимущественно из низкоосновных алюминатов кальция. Поэтому его иногда называют алюминатным.

Глиноземистый цемент (17.7) — это быстротвердеющее (но нормально схватывающееся) высокопрочное гидравлическое вяжущее вещество, преимущественно состоящий из низкоосновных алюминатов кальция.

Исходные материалы и особенности производства. Сырьем для производства глиноземистого цемента служат бокситы и известняки.

Сырьевую смесь, состоящую из боксита и известняка, обычно обжигают при температурах выше 1500 °С до плавления, а иногда при более низких температурах (1250-1300 °С) лишь до спекания. По первому способу производства получают сплав, по второму — клинкер. После охлаждения сплав имеет вид темного мелкозернистого плотного камня. Его сначала дробят, а затем размалывают в тонкий порошок. Охлажденный же клинкер сразу поступает в шаровые мельницы, как в производстве портландцемента.

Элементарный химический и минералогический состав.

Из химических соединений, находящихся в глиноземистом цементе, наиболее важны алюминаты кальция. Они придают цементу способность приобретать высокую прочность в очень короткие сроки (12-24 ч). содержание их в цементе составляет в среднем 80-85%. Наряду с алюминатами кальция при обжиге образуются в ограниченных количествах также силикаты, ферриты, алюмосиликаты и алюмоферриты кальция.

Из числа алюминатов кальция преобладающее значение как по вяжущим свойствам, так и по количественному содержанию принадлежит однокальциевому алюминату СаО∙Аl₂О₃ (сокращенно СА).

Особенности гидратации и химическая стойкость. При взаимодействии глиноземистого цемента с водой его твердение происходит главным образом в результате процессов гидратации однокальциевого алюмината. Этим глиноземистый цемент существенно отличается от портландского, в котором с водой реагируют силикаты, алюмоферрит и богатый известью алюминат кальция.

Реакция взаимодействия СаО∙Аl₂О₃ с водой представляется уравнением

2(СаО∙Аl₂О₃) + 11Н₂О = 2СаО∙Аl₂О₃∙8Н₂О + 2Аl(ОН)₃

Процесс проходит следующие стадии. Сначала при гидратации СаО∙Аl₂О₃ образуется СаО∙Аl₂О₃∙nН₂О (n условно принимается равным десяти), который сравнительно быстро — в течение нескольких часов — переходит в гель. В этот период происходит только схватывание цемента, которое протекает приблизительно с такой же скоростью, как у портландцемента. Получающийся гель неустойчив; из него выделяются и кристаллизуются восьмиводный двухкальциевый гидроалюминат С₂АН₈ и гидроокись алюминия:

2(СаО∙Аl₂О₃∙10Н₂О) = 2СаО∙Аl₂О₃∙8Н₂О + 2Аl(ОН)₃ + 9Н₂О

в связи с быстрым протеканием реакций, обусловливающих твердение цемента, глиноземистый цемент отличается и большой скоростью тепловыделения. За 24 часа он даст 75-80 % от максимального количества теплоты, выделяемой при твердении. Экзотермия портландцемента тех же марок через сутки в 3-4 раза меньше. Общая же теплота гидратации глиноземистого цемента примерно такая же, как и у портландцемента высоких марок (70-90 кал/г).

Так как в отвердевшем глиноземистом цементе нет свободной гидроокиси кальция, то этот цемент отличается значительно большей стойкостью в пресной воде, чем портландцемент. Поскольку в глиноземистом цементе нет трехкальциевого алюмината, то этот цемент практически почти не подвержен сульфатной коррозии. Относительно большей стойкости глиноземистого цемента в указанных средах способствует также меньшая пористость отвердевшего глиноземистого цемента по сравнению с портландцементом.

Однако глиноземистый цемент разрушается даже слабыми растворами щелочей вследствие образования алюминатов. Поэтому его нельзя смешивать с портландцементом и известью и нельзя применять в средах, где могут содержаться щелочи.

Глиноземистый цемент применяют при аварийных работах, для тампонирования трещин, иногда при зимних работах.