Введення
Про гідравлічних властивості низькоосновних алюмінатів кальцію було відомо ще в XIX столітті. У Франції при дослідженні способів отримання сульфатостійкого цементу був отриманий глиноземистий цемент, який разом з підвищеною сульфатостойкостью відрізнявся винятково швидким твердненням і вельми високою міцністю. Хімічний склад і технологія отримання цього цементу внаслідок його чудових властивостей були засекречені французами в 1912 р. Військове відомство використало цей цемент в-першої імперіалістичної війни для швидкого зведення фундаментів під важкі гармати, будівництва кулеметних точок, а також для термінового відновлення різного виду споруд. [1, c.22]
У Радянському Союзі в результаті самостійних досліджень, проведених групою вчених, було розроблено декілька способів отримання глиноземистого цементу та вивчено фізико-хімічні процеси його виробництва та твердіння. Результати цих робіт дозволили організувати виробництво глиноземистого цементу способом доменної плавки і раціонально застосовувати його в багатьох областях будівельної індустрії. Глиноземистий цемент використовують також як найважливіший компонент при виробництві декількох видів розширюються цементов.
Сьогодні, Росія посідає п'яте місце у світі за обсягами виробництва цементу, поступаючись Китаю, Індії, США і Японії. Актуальність роботи обумовлена великим обсягом виробництва цементу в Росії, необхідністю вдосконалення виробництва та поліпшення властивостей цементу.
Метою роботи є вивчення глиноземистого цементу і цементів на його основі. Для досягнення цієї мети були поставлені завдання: розглянути основні властивості і характеристики глиноземистого цементу, а також цементів на його основі.
Характеристика і властивості глиноземистого цементу
Глиноземистий цемент - швидкотвердіюче гідравлічне в'яжуче, що складається переважно з моноалюміната кальцію (СаО • А12О3). Свою назву цей цемент отримав від технічного назви оксиду алюмінію А12О3 - «глинозем». [3, c.27]
Сировиною для глиноземистого цементу служать боксити і чисті вапняки. Боксити - гірська порода, що складається з гідратів глинозему (А12О3 • nН2О) і домішок (в основному Fe2O3, SiO2, CaO та ін.) Боксити широко використовуються в різних галузях промисловості: для отримання алюмінію, абразивів, вогнетривів, адсорбентів і т.п., а родовищ з високим вмістом А12О3 дуже небагато. [6, c.38]
Хімічний склад глиноземистого цементу, одержуваного різними методами, знаходиться в наступних межах: СаО - 35 ... 45%; А12О3 - 30 ... 50%; Fe2O3 - 0 ... 15%; SiO2 - 5 ... 15%. У мінеральному складі клінкеру глиноземистих цементів переважає однокальціевого алюмінат СаО • А12О3 (СА), що визначає основні властивості цього в'яжучого. Крім того, в ньому присутні алюмінати - Са2, С12А7; двухкальціевий силікат C2S, що відрізняється, як відомо, повільним твердненням, і як неминучою баластної домішки - геленіт - 2СаО • А12О3 • 2SiO2. Зовнішні параметри глиноземистого цементу - це тонкий порошок сіро-зеленого, коричневого або чорного кольору.
Тонкість помелу повинна бути такою, щоб при просіюванні проби цементу через сито з сіткою № 008 (розмір осередків у світлі 0,08 мм) проходило не менше 90% від маси проби. Відповідно до ГОСТ 969-66 глиноземистий цемент в залежності від міцності при стисканні ділиться на три марки: 40, 50 і 60. Марку цементу визначають у віці трьох діб після виготовлення зразків. [1, c.18]
Глиноземистий цемент повинен виготовлятися у відповідності з ГОСТ 969-91 за технологічним регламентом виробника. Зміст глинозему (Al2O3) у цементі повинна бути не нижче 35%.
По міцності на стиск у віці 3-х діб цемент підрозділяється на марки: 40, 50 і 60. Фізико-механічні показники цементу повинні відповідати зазначеним у таблиці:
Глиноземистий цемент є швидкотверднучих, але нормально тужавіючі в'язкою речовиною. Початок тужавлення цементу повинен наступати не раніше 30 хв, а кінець не пізніше 12 год від моменту замішування його водою. [3, c.42]
Глиноземистий цемент характеризується зниженою здатністю до деформації у зв'язку з крупнокристалічною структурою формується цементного каменю. Крім того, через наявність кубічного гідратованого моноалюміната при формуванні цементного каменя відбувається втрата маси.
Існують два способи виробництва глиноземистого цементу: метод плавлення сировинної шихти і випал до спікання. [6, c.52]
Спосіб виробництва глиноземистого цементу методом плавлення включає в себе підготовку зернистої шихти з цементної сировини, плавлення, охолодження отриманого шлаку, дроблення і тонке подрібнення.
Спосіб спікання характеризується тим, що вихідні компоненти цементної сировини просушують, тонко подрібнюють і перемішують до досягнення повної гомогенізації, після чого порошкоподібну або гранульовану цементну шихту направляють в піч і виконують випал цементного клінкеру в різних печах. Далі цементний клінкер охолоджують, піддають помолу і отримують глиноземистий цемент. [4, c.26]
Основні властивості:
-Швидке наростання міцності в ранньому віці;
-При твердінні бетону на глиноземному цементі виділяється велика кількість тепла, що дозволяє використовувати ці бетони при негативних температурах до -10 градусів без підігріву;
-Глиноземистий цемент має підвищену щільність цементного каменю, що визначає більшу стійкість бетону проти всіх видів агресивних рідин і газів у порівнянні з бетоном на портландцементі;
глиноземистий цемент в порівнянні з портландцементом є більш вогнестійким і термічно стійким матеріалом. У суміші з вогнетривкими наповнювачами: шамотом, хромітової рудою, магнезитом і ін глиноземистий цемент може бути використаний для отримання гидравли-но твердіючих вогнетривких розчинів і бетонів. [3, c.42]
Процес тверднення глиноземистого цементу і міцність утворюється цементного каменю істотно залежать від температури твердіння. При нормальній температурі (до + 25 ° С) основний мінерал цементу - СА взаємодіє з водою з утворенням кристалічного гідроалюмінат кальцію і гідроксиду алюмінію у вигляді гелевідной маси:
2 (СаО • А12О3) + 11Н2О = 2СаО • А12О3 • 8Н2О + 2А1 (ОН) 3 + Q
При твердінні глиноземистого цементу основне з'єднання - однокальціевого алюмінат, піддається гідратації, в результаті чого утворюється двухкальціевий гідроалюмінат. При взаємодії глиноземистого цементу з водою не утворюється гідрату окису кальцію, завдяки чому цементний камінь, бетони і розчини на глиноземистому цементі значно краще протистоять дії мінералізованих вод; відсутність трьохкальцієвого гідроалюмінат підвищує стійкість до сульфатної корозії. Однак бетони па глиноземистому цементі піддаються корозії в кислих агресивних середовищах, концентрированных.растворах сірчанокислого магнію і в лужних середовищах при концентрації лугів більше 1%. З підвищенням температури тверднення глиноземистого цементу понад 25-30 ° С міцність цементного каменю знижується, внаслідок перекристалізації двухкальціевого гідроалюмінат в трьох-кальцієвий. Тому пропарювання та автоклавну обробку виробів на глиноземному цементі не виробляють. [5, c.57]
При знижених позитивних температурах тверднення відбувається менш інтенсивно, але все ж значно швидше, ніж портландцементу.
При охолодженні маси цементу (бетону) нижче -2 ° С тверднення його з водою практично прекращается.Поетому для тверднення необхідно забезпечити оптимальні температурні умови.
Розчини та бетони на глиноземному цементі водонепроникні, хімічно стійки, вогнестійкі, вогнетривкі, термічно стійкі. [8, c.17]
Стійкість гідратних утворень у вигляді гидроалюмінатом кальцію, що утворюються при твердінні цементного розчину, істотно залежить від температури і концентрації глинозему і оксидів кальцію в розчині. Характерною особливістю низькоосновних гидроалюмінатом кальцію є їх здатність до перекристалізації, при якій формуються більш стійкі крісталлогідрати.В процесі гідратації глиноземистого цементу хімічна реакція взаємодії низькоосновних алюмінатів кальцію з водою призводить до формування гидроалюмінатом кальцію і гідроксиду алюмінію, який характеризується малою розчинністю у воді, великою питомою поверхнею і позитивно впливає на формування високоміцного цементного камня.Прі гідратації бере участь в реакціях оксидне залізо утворює гідроферритами кальцію і гідроалюмоферріти кальцію. Гідроксид алюмінію виділяється у вигляді гелю.
Відмінною особливістю реакції гідратації однокальціевого алюмінату є висока електротермічность. При затвореііі глиноземистого цементу високих марок водою виділяється приблизно до 376 кДж / кг (90 до кал / кг) тепла; при цьому енергійне виділення тепла повністю відбувається в перші години схоплювання і твердіння цементного тесту. Це властивість глиноземистого цементу, з одного боку, обмежує використання його для бетонування масивних конструкцій, з іншого - може справити позитивний вплив на виробництво бетонних робіт в зимовий час. Об'ємна маса глиноземистого цементу в пухкому стані перебуває в межах 1000-1400 кг/м3. [2, c.21]
Високоглиноземисті цементи розроблені в НИИцемент; отримані два види - високоглиноземний і особочістий високоглиноземний, що розрізняються по малому вмісту домішок. ВГЦ при наявності 60-65% глинозему містить 2-3 ° / 0 кремнекислоти, а особочістий ВГЦ - 73-75% глинозему, до 1% кремнекислоти і менше 0,5% оксиду заліза. Останній цемент по фазовим складом відрізняється від ВГЦ, він складається в основному з діалюміната кальцію - Са2 і невеликої кількості геленітом і моноалюміната. Температура плавлення його досягає 2033К. [1, c.33]
Ангідриту-глиноземистий цемент - гідравлічна терпка, одержуване спільним помелом високоглиноземисті шлаку (клінкеру) зі штучним або природним ангідритом. Змішують готовий глиноземистий цемент з попередньо подрібненим ангідритом, одержуваним випаленням природного двуводного гіпсу при 873-973К. Для АГ-цементу характерно менше виділення тепла при гідратації, ніж для глиноземистого цементу. Підвищується при твердінні розчину і бетону температура сприятливо впливає на тверднення, оскільки прискорює кристалізацію гідросульфоалюміната кальцію. Утворилися кристали гідросульфоалюміната грають роль структурного елементу в цементному камені і в певних умовах не тільки запобігають усадку, але і викликають явища розширення. Можна вважати, що АГ-цемент є одним з початкових видів родини розширюються цементов, що отримуються на основі глиноземистого цементу. [7, c.55]
У порівнянні з портландцементом глиноземистий цемент забезпечує отримання бетонів і розчинів більшої щільності і водонепроникності. Бетони на глиноземному цементі морозостійкі і більш стійкі в порівнянні з портландцементом проти вилуговування, а також до розчинів сульфату кальцію і магнію, морський і болотяній воді, розчинів цукру, тваринним і рослинним маслам. Однак глиноземистий цемент швидко руйнується навіть слабкими розчинами солей амонію і лугів. Його не можна застосовувати в лужних середовищах і змішувати з вапном або портландцементом. Враховуючи дефіцитність сировини (бокситів) і значну вартість глиноземистого цементу, його випускають у порівняно невеликих кількостях (менше 1% від загального випуску цементу), а застосовують при зведенні бетонних конструкцій, які необхідно швидко ввести в експлуатацію, для термінових аварійних і ремонтних робіт, а також для тампонування нафтових і газових свердловин, футеровки шахтних колодязів і тунелів і т. п. На основі глиноземистого цементу в суміші з жаростійкими заповнювачами виготовляють бетони, які добре чинять опір дії високих температур (1000 ° С і вище). Глиноземистий цемент використовують також для отримання розширюються цементов: водонепроникний цемент, що розширюється (ВРЦ), водонепроникний безусадочний цемент (ВБЦ), гіпсогліноземістий цемент, що розширюється (ГГРЦ). [8, c.51]
Водонепроникний цемент, що розширюється (ВРЦ)
Цемент ВРЦ - один з перших видів розширюються цементов - представляє собою що швидко і швидкотвердіюче в'яжучу речовину. Водонепроникний цемент, що розширюється (ВРЦ) отримують змішуванням або спільним помелом глиноземистого цементу (70%), напівводного гіпсу (20%) і меленого спеціально виготовленого високоосновні гідроалюмінат кальцію 4СаО-А12О3-13Н2О (10%).
Глиноземистий цемент у складі ВРЦ забезпечує тверднення і незмінність обсягу цементного каменю. Найбільш інтенсивне розширення ВРЦ відбувається протягом першої доби і триває до 2-3 діб. [7, c.36]
ВРЦ має марку 500 через 28 діб, хоча вже через 6 год тверднення набирає міцність не менше 7,5 МПа. Відрізняється зниженою морозостійкістю і може застосовуватися тільки при позитивних температурах.
Водонепроникний цемент, що розширюється (ВРЦ) застосовується для гідроізоляції різних, споруд (резервуари, шлюзи, доки, басейни, трубопроводи, тунелі, фундаменти промислових і цивільних будинків), у яких на час проведення робіт фільтруюча вода може бути відведена від торкретіруемих поверхонь на період в 1 -2 години. Застосування цього цементу допускається для споруд, експлуатованих в умовах будь-якого вологісного режиму.
Водонепроникний безусадочний цемент (ВБЦ)
Водонепроникний безусадочний цемент (ВБЦ) - що швидко і швидкотвердіюче гідравлічна терпка речовина, що отримується шляхом ретельного змішування глиноземистого цементу, напівводного гіпсу і гашеного вапна. Сировинна суміш містить не менше 85% глиноземистого цементу. Співвідношення між вапном і гіпсом може змінюватися в межах від 2,0 до 1,0. [6, c.36]
Водонепроникний безусадочний цемент (ВБЦ) складається з тих же компонентів, що і ВРЦ, але узятих в інших співвідношеннях. Ці цементи швидко схоплюються (початок тужавлення - кілька хвилин, кінець-• не пізніше 5 ... 10 хв) і швидко тверднуть, досягаючи до 3 діб 60 ... 80%-ної марочної міцності. Вони утворюють цементний камінь високої водонепроникності (витримує тиск води до 0,7 МПа), за що і отримали другу назву водонепроникних цементів.
Водонепроникний безусадочний цемент (ВБЦ) застосовується для гідроізоляції підземних споруд (тунелі різного призначення), які протягом всього періоду будівництва й експлуатації перебувають в умовах підвищеної вологості повітря (75% при t = 20 °). З огляду на те що цей цемент є безусадочних або слабо розширюється лише у вологому середовищі, а в сухих умовах виявляє усадку, потрібно уникати його застосування для тих споруд, де, хоча б тимчасово, може створитися сухий режим.
Гіпсогліноземістий цемент, що розширюється (ГГРЦ)
Гіпсогліноземістий цемент, що розширюється виробляють шляхом помелу суміші високоглиноземисті шлаку і двухводний сірчанокислого кальцію. ГГРЦ містить не більше 30% гіпсу і характеризується початком схоплювання не раніше 10 хвилин і кінцем схоплювання не пізніше 4 годин з моменту початку замішування. Для уповільнення зчеплення використовують буру, оцтову кислоту, СДБ. [5, c.36]
Сировиною гіпсогліноземістого цементу служать високоглиноземисті шлаки моноалюмінатного типу. При зануренні у воду гіпсогліноземістого цементу відбувається лінійне розширення цементу, що становить не менше 0,1% через 1 годину після замішування і не більше 0,6% через 3 доби твердіння.
На початковому етапі тверднення цементу ГГРЦ швидкість росту міцності вище, ніж у глиноземистого цементу, однак на наступних етапах зростання міцності такий же, як у глиноземистого цементу. Деформаційна здатність ГГР-цементу незначно більше такої деформаційної здатності глиноземистого цементу. [3, c.87]
Перші 3-7 доби ГГРЦ повинен розширюватися у водному або сильно зволоженою середовищі. При твердінні на повітрі цемент не тільки не розширюється, але навіть дає усадку. Іноді використовується комбінований режим тверднення, при якому перші 3 доби твердіння підтримується у водному середовищі, а в подальшому твердіння триває в повітряному середовищі. При такій процедурі спочатку відбувається розширення, а потім усадка з незначним залишковим розширенням близько 0,15%.
Ступінь розширення цементного розчину залежить від відносного вмісту цементу і води в розчині. якщо в'яжучого стає менше. Тепловологісна обробка виробів на основі ГГРЦ істотно прискорює процес твердіння і зменшує ступінь розширення. Розчини та бетони на основі цементу ГГР мають високу атмосферостійкість і морозостійкістю. За екзотермії ГГР-цемент ближче до портландцементу високого гатунку, ніж до глиноземистий цемент. [7, c.45]
Стійкість цементу ГГР при сольовий агресії прямо залежить від стійкості глиноземистого цементу, на основі якого виготовлений ГГРЦ. Він стійкий в морській воді, пластових сульфатних водах і розчинах сульфату магнію та натрію.
Гіпсогліноземістий цемент, що розширюється призначається для виготовлення безусадочних і розширювальних водонепроникних розчинів, бетонів і гідроізоляційних штукатурок; для закладення стиків збірних бетонних та залізобетонних конструкцій; для замонолічування і підсилення конструкцій, підливки фундаментів і закладення фундаментних болтів; для закарбування швів і розтрубів водопровідних ліній при робочому тиску до 10 атм, створюваному не раніше 24 год з моменту закінчення зачеканювання.
Висновок
Цемент - це найважливіший будівельний матеріал. У будівельній практиці він застосовується вже близько 160 років. Великі наукові відкриття, які послужили основою створення нових видів цементу та покращення якості існуючих, належать до останніх чотирьох десятиліть, причому більшість з них належить радянським ученим.
У Росії цемент почали проводити в минулому столітті. На початку 20 століття, в Росії працювало 60 цементних заводів загальною продуктивністю близько 1,6 млн. тонн цементу. Проте після Першої світової війни більшість цементних заводів було зруйновано. З приходом радянської влади цементну промисловість Росії довелося створювати практично з нуля.
Вже в 1962 році, СРСР зайняв перше місце в світі по випуску цементу. У 1971 році випуск цементу в країні перевищив 100 млн. тонн. Цементна промисловість СРСР відрізнялася високою концентрацією виробництва. Середня потужність цементного заводу в СРСР була майже в 2 рази вище, ніж у США, і на 30% вище, ніж у Японії. [1, c.16]
Російська цементна промисловість знаходиться в числі самих швидкорослих світових індустрій з темпами близько 9%, при цьому в найближчі роки можна прогнозувати збільшення темпів зростання.
Сьогодні головним недоліком російських цементних заводів є те, що вони використовують мокрий спосіб виробництва цементу, який набагато більш енергоємний, ніж використовуваний в розвинених країнах світу сухий спосіб. Тому для компаній важливо поступово переходити на більш прогресивні енергозберігаючі технології.
Список використаної літератури
1. Домокеев А.Г. Будівельні матеріали .- М.: Вища школа, 1988
2. Будівельні матеріали: Навчально-довідковий посібник. / За ред. П.Г. Комохова, Є.М. Черньпіева .- М.: Фенікс, 2005
3. Будівельне матеріалознавство: Навчальний посібник для будує. спец. вузів - 3-е вид., стер. (ГРИФ) / Рибьев І.А.-М.: Вища школа, 2008
4. Горчаков Г.І., Баженов Ю. М. Будівельні матеріали. - М.: Вищ. шк., 1986
5. Барташевич А.А. Матеріалознавство: Учеб. посібник / А.А. Барташевич, Л.М. Бахар. - Ростов-на-Дону: Фенікс, 2005
6. Будівельні матеріали (матеріалознавство і технологія): Навчальний посібник / В.Г. Микульський, Г.І. Горчаков, В.В. Козлов, В.М. Купріянов. - М.: Изд-во АСВ, 2002
7. Сучасні будівельні матеріали і товари: Довідник / Авт. сост. І. Михайлова, І. Васильєв, К. Миронов. - М.: Ексмо, 2007
8. Попов К.Н. Будівельні матеріали та вироби: Підручник / К.Н. Попов, М.Б. Каддо. - М.: Вищ. школа, 2006
Про гідравлічних властивості низькоосновних алюмінатів кальцію було відомо ще в XIX столітті. У Франції при дослідженні способів отримання сульфатостійкого цементу був отриманий глиноземистий цемент, який разом з підвищеною сульфатостойкостью відрізнявся винятково швидким твердненням і вельми високою міцністю. Хімічний склад і технологія отримання цього цементу внаслідок його чудових властивостей були засекречені французами в 1912 р. Військове відомство використало цей цемент в-першої імперіалістичної війни для швидкого зведення фундаментів під важкі гармати, будівництва кулеметних точок, а також для термінового відновлення різного виду споруд. [1, c.22]
У Радянському Союзі в результаті самостійних досліджень, проведених групою вчених, було розроблено декілька способів отримання глиноземистого цементу та вивчено фізико-хімічні процеси його виробництва та твердіння. Результати цих робіт дозволили організувати виробництво глиноземистого цементу способом доменної плавки і раціонально застосовувати його в багатьох областях будівельної індустрії. Глиноземистий цемент використовують також як найважливіший компонент при виробництві декількох видів розширюються цементов.
Сьогодні, Росія посідає п'яте місце у світі за обсягами виробництва цементу, поступаючись Китаю, Індії, США і Японії. Актуальність роботи обумовлена великим обсягом виробництва цементу в Росії, необхідністю вдосконалення виробництва та поліпшення властивостей цементу.
Метою роботи є вивчення глиноземистого цементу і цементів на його основі. Для досягнення цієї мети були поставлені завдання: розглянути основні властивості і характеристики глиноземистого цементу, а також цементів на його основі.
Характеристика і властивості глиноземистого цементу
Глиноземистий цемент - швидкотвердіюче гідравлічне в'яжуче, що складається переважно з моноалюміната кальцію (СаО • А12О3). Свою назву цей цемент отримав від технічного назви оксиду алюмінію А12О3 - «глинозем». [3, c.27]
Сировиною для глиноземистого цементу служать боксити і чисті вапняки. Боксити - гірська порода, що складається з гідратів глинозему (А12О3 • nН2О) і домішок (в основному Fe2O3, SiO2, CaO та ін.) Боксити широко використовуються в різних галузях промисловості: для отримання алюмінію, абразивів, вогнетривів, адсорбентів і т.п., а родовищ з високим вмістом А12О3 дуже небагато. [6, c.38]
Хімічний склад глиноземистого цементу, одержуваного різними методами, знаходиться в наступних межах: СаО - 35 ... 45%; А12О3 - 30 ... 50%; Fe2O3 - 0 ... 15%; SiO2 - 5 ... 15%. У мінеральному складі клінкеру глиноземистих цементів переважає однокальціевого алюмінат СаО • А12О3 (СА), що визначає основні властивості цього в'яжучого. Крім того, в ньому присутні алюмінати - Са2, С12А7; двухкальціевий силікат C2S, що відрізняється, як відомо, повільним твердненням, і як неминучою баластної домішки - геленіт - 2СаО • А12О3 • 2SiO2. Зовнішні параметри глиноземистого цементу - це тонкий порошок сіро-зеленого, коричневого або чорного кольору.
Тонкість помелу повинна бути такою, щоб при просіюванні проби цементу через сито з сіткою № 008 (розмір осередків у світлі 0,08 мм) проходило не менше 90% від маси проби. Відповідно до ГОСТ 969-66 глиноземистий цемент в залежності від міцності при стисканні ділиться на три марки: 40, 50 і 60. Марку цементу визначають у віці трьох діб після виготовлення зразків. [1, c.18]
Глиноземистий цемент повинен виготовлятися у відповідності з ГОСТ 969-91 за технологічним регламентом виробника. Зміст глинозему (Al2O3) у цементі повинна бути не нижче 35%.
По міцності на стиск у віці 3-х діб цемент підрозділяється на марки: 40, 50 і 60. Фізико-механічні показники цементу повинні відповідати зазначеним у таблиці:
| № | ||||
| п / п | Фізико-механічні показники | Значення для марки цементу | ||
| 40 | 50 | 60 | ||
| 1 | Межа міцності при стисканні, МПа, не менше у віці: | |||
| 1 сут. | 22,5 | 27,4 | 32,4 | |
| 3 діб. | 40 | 50 | 60 | |
| 2 | Тонкість помелу: | |||
| Залишок на ситі з сіткою № 008 за ГОСТ 6613,% не більше | 10 | 10 | 10 | |
| 3 | Терміни схоплювання: | |||
| початок, хв., не раніше | 45 | 45 | 45 | |
| кінець, год., не пізніше | 10 | 10 | 10 | |
Глиноземистий цемент характеризується зниженою здатністю до деформації у зв'язку з крупнокристалічною структурою формується цементного каменю. Крім того, через наявність кубічного гідратованого моноалюміната при формуванні цементного каменя відбувається втрата маси.
Існують два способи виробництва глиноземистого цементу: метод плавлення сировинної шихти і випал до спікання. [6, c.52]
Спосіб виробництва глиноземистого цементу методом плавлення включає в себе підготовку зернистої шихти з цементної сировини, плавлення, охолодження отриманого шлаку, дроблення і тонке подрібнення.
Спосіб спікання характеризується тим, що вихідні компоненти цементної сировини просушують, тонко подрібнюють і перемішують до досягнення повної гомогенізації, після чого порошкоподібну або гранульовану цементну шихту направляють в піч і виконують випал цементного клінкеру в різних печах. Далі цементний клінкер охолоджують, піддають помолу і отримують глиноземистий цемент. [4, c.26]
Основні властивості:
-Швидке наростання міцності в ранньому віці;
-При твердінні бетону на глиноземному цементі виділяється велика кількість тепла, що дозволяє використовувати ці бетони при негативних температурах до -10 градусів без підігріву;
-Глиноземистий цемент має підвищену щільність цементного каменю, що визначає більшу стійкість бетону проти всіх видів агресивних рідин і газів у порівнянні з бетоном на портландцементі;
глиноземистий цемент в порівнянні з портландцементом є більш вогнестійким і термічно стійким матеріалом. У суміші з вогнетривкими наповнювачами: шамотом, хромітової рудою, магнезитом і ін глиноземистий цемент може бути використаний для отримання гидравли-но твердіючих вогнетривких розчинів і бетонів. [3, c.42]
Процес тверднення глиноземистого цементу і міцність утворюється цементного каменю істотно залежать від температури твердіння. При нормальній температурі (до + 25 ° С) основний мінерал цементу - СА взаємодіє з водою з утворенням кристалічного гідроалюмінат кальцію і гідроксиду алюмінію у вигляді гелевідной маси:
2 (СаО • А12О3) + 11Н2О = 2СаО • А12О3 • 8Н2О + 2А1 (ОН) 3 + Q
При твердінні глиноземистого цементу основне з'єднання - однокальціевого алюмінат, піддається гідратації, в результаті чого утворюється двухкальціевий гідроалюмінат. При взаємодії глиноземистого цементу з водою не утворюється гідрату окису кальцію, завдяки чому цементний камінь, бетони і розчини на глиноземистому цементі значно краще протистоять дії мінералізованих вод; відсутність трьохкальцієвого гідроалюмінат підвищує стійкість до сульфатної корозії. Однак бетони па глиноземистому цементі піддаються корозії в кислих агресивних середовищах, концентрированных.растворах сірчанокислого магнію і в лужних середовищах при концентрації лугів більше 1%. З підвищенням температури тверднення глиноземистого цементу понад 25-30 ° С міцність цементного каменю знижується, внаслідок перекристалізації двухкальціевого гідроалюмінат в трьох-кальцієвий. Тому пропарювання та автоклавну обробку виробів на глиноземному цементі не виробляють. [5, c.57]
При знижених позитивних температурах тверднення відбувається менш інтенсивно, але все ж значно швидше, ніж портландцементу.
При охолодженні маси цементу (бетону) нижче -2 ° С тверднення його з водою практично прекращается.Поетому для тверднення необхідно забезпечити оптимальні температурні умови.
Розчини та бетони на глиноземному цементі водонепроникні, хімічно стійки, вогнестійкі, вогнетривкі, термічно стійкі. [8, c.17]
Стійкість гідратних утворень у вигляді гидроалюмінатом кальцію, що утворюються при твердінні цементного розчину, істотно залежить від температури і концентрації глинозему і оксидів кальцію в розчині. Характерною особливістю низькоосновних гидроалюмінатом кальцію є їх здатність до перекристалізації, при якій формуються більш стійкі крісталлогідрати.В процесі гідратації глиноземистого цементу хімічна реакція взаємодії низькоосновних алюмінатів кальцію з водою призводить до формування гидроалюмінатом кальцію і гідроксиду алюмінію, який характеризується малою розчинністю у воді, великою питомою поверхнею і позитивно впливає на формування високоміцного цементного камня.Прі гідратації бере участь в реакціях оксидне залізо утворює гідроферритами кальцію і гідроалюмоферріти кальцію. Гідроксид алюмінію виділяється у вигляді гелю.
Відмінною особливістю реакції гідратації однокальціевого алюмінату є висока електротермічность. При затвореііі глиноземистого цементу високих марок водою виділяється приблизно до 376 кДж / кг (90 до кал / кг) тепла; при цьому енергійне виділення тепла повністю відбувається в перші години схоплювання і твердіння цементного тесту. Це властивість глиноземистого цементу, з одного боку, обмежує використання його для бетонування масивних конструкцій, з іншого - може справити позитивний вплив на виробництво бетонних робіт в зимовий час. Об'ємна маса глиноземистого цементу в пухкому стані перебуває в межах 1000-1400 кг/м3. [2, c.21]
Високоглиноземисті цементи розроблені в НИИцемент; отримані два види - високоглиноземний і особочістий високоглиноземний, що розрізняються по малому вмісту домішок. ВГЦ при наявності 60-65% глинозему містить 2-3 ° / 0 кремнекислоти, а особочістий ВГЦ - 73-75% глинозему, до 1% кремнекислоти і менше 0,5% оксиду заліза. Останній цемент по фазовим складом відрізняється від ВГЦ, він складається в основному з діалюміната кальцію - Са2 і невеликої кількості геленітом і моноалюміната. Температура плавлення його досягає 2033К. [1, c.33]
Ангідриту-глиноземистий цемент - гідравлічна терпка, одержуване спільним помелом високоглиноземисті шлаку (клінкеру) зі штучним або природним ангідритом. Змішують готовий глиноземистий цемент з попередньо подрібненим ангідритом, одержуваним випаленням природного двуводного гіпсу при 873-973К. Для АГ-цементу характерно менше виділення тепла при гідратації, ніж для глиноземистого цементу. Підвищується при твердінні розчину і бетону температура сприятливо впливає на тверднення, оскільки прискорює кристалізацію гідросульфоалюміната кальцію. Утворилися кристали гідросульфоалюміната грають роль структурного елементу в цементному камені і в певних умовах не тільки запобігають усадку, але і викликають явища розширення. Можна вважати, що АГ-цемент є одним з початкових видів родини розширюються цементов, що отримуються на основі глиноземистого цементу. [7, c.55]
У порівнянні з портландцементом глиноземистий цемент забезпечує отримання бетонів і розчинів більшої щільності і водонепроникності. Бетони на глиноземному цементі морозостійкі і більш стійкі в порівнянні з портландцементом проти вилуговування, а також до розчинів сульфату кальцію і магнію, морський і болотяній воді, розчинів цукру, тваринним і рослинним маслам. Однак глиноземистий цемент швидко руйнується навіть слабкими розчинами солей амонію і лугів. Його не можна застосовувати в лужних середовищах і змішувати з вапном або портландцементом. Враховуючи дефіцитність сировини (бокситів) і значну вартість глиноземистого цементу, його випускають у порівняно невеликих кількостях (менше 1% від загального випуску цементу), а застосовують при зведенні бетонних конструкцій, які необхідно швидко ввести в експлуатацію, для термінових аварійних і ремонтних робіт, а також для тампонування нафтових і газових свердловин, футеровки шахтних колодязів і тунелів і т. п. На основі глиноземистого цементу в суміші з жаростійкими заповнювачами виготовляють бетони, які добре чинять опір дії високих температур (1000 ° С і вище). Глиноземистий цемент використовують також для отримання розширюються цементов: водонепроникний цемент, що розширюється (ВРЦ), водонепроникний безусадочний цемент (ВБЦ), гіпсогліноземістий цемент, що розширюється (ГГРЦ). [8, c.51]
Водонепроникний цемент, що розширюється (ВРЦ)
Цемент ВРЦ - один з перших видів розширюються цементов - представляє собою що швидко і швидкотвердіюче в'яжучу речовину. Водонепроникний цемент, що розширюється (ВРЦ) отримують змішуванням або спільним помелом глиноземистого цементу (70%), напівводного гіпсу (20%) і меленого спеціально виготовленого високоосновні гідроалюмінат кальцію 4СаО-А12О3-13Н2О (10%).
Глиноземистий цемент у складі ВРЦ забезпечує тверднення і незмінність обсягу цементного каменю. Найбільш інтенсивне розширення ВРЦ відбувається протягом першої доби і триває до 2-3 діб. [7, c.36]
ВРЦ має марку 500 через 28 діб, хоча вже через 6 год тверднення набирає міцність не менше 7,5 МПа. Відрізняється зниженою морозостійкістю і може застосовуватися тільки при позитивних температурах.
Водонепроникний цемент, що розширюється (ВРЦ) застосовується для гідроізоляції різних, споруд (резервуари, шлюзи, доки, басейни, трубопроводи, тунелі, фундаменти промислових і цивільних будинків), у яких на час проведення робіт фільтруюча вода може бути відведена від торкретіруемих поверхонь на період в 1 -2 години. Застосування цього цементу допускається для споруд, експлуатованих в умовах будь-якого вологісного режиму.
Водонепроникний безусадочний цемент (ВБЦ)
Водонепроникний безусадочний цемент (ВБЦ) - що швидко і швидкотвердіюче гідравлічна терпка речовина, що отримується шляхом ретельного змішування глиноземистого цементу, напівводного гіпсу і гашеного вапна. Сировинна суміш містить не менше 85% глиноземистого цементу. Співвідношення між вапном і гіпсом може змінюватися в межах від 2,0 до 1,0. [6, c.36]
Водонепроникний безусадочний цемент (ВБЦ) складається з тих же компонентів, що і ВРЦ, але узятих в інших співвідношеннях. Ці цементи швидко схоплюються (початок тужавлення - кілька хвилин, кінець-• не пізніше 5 ... 10 хв) і швидко тверднуть, досягаючи до 3 діб 60 ... 80%-ної марочної міцності. Вони утворюють цементний камінь високої водонепроникності (витримує тиск води до 0,7 МПа), за що і отримали другу назву водонепроникних цементів.
Водонепроникний безусадочний цемент (ВБЦ) застосовується для гідроізоляції підземних споруд (тунелі різного призначення), які протягом всього періоду будівництва й експлуатації перебувають в умовах підвищеної вологості повітря (75% при t = 20 °). З огляду на те що цей цемент є безусадочних або слабо розширюється лише у вологому середовищі, а в сухих умовах виявляє усадку, потрібно уникати його застосування для тих споруд, де, хоча б тимчасово, може створитися сухий режим.
Гіпсогліноземістий цемент, що розширюється (ГГРЦ)
Гіпсогліноземістий цемент, що розширюється виробляють шляхом помелу суміші високоглиноземисті шлаку і двухводний сірчанокислого кальцію. ГГРЦ містить не більше 30% гіпсу і характеризується початком схоплювання не раніше 10 хвилин і кінцем схоплювання не пізніше 4 годин з моменту початку замішування. Для уповільнення зчеплення використовують буру, оцтову кислоту, СДБ. [5, c.36]
Сировиною гіпсогліноземістого цементу служать високоглиноземисті шлаки моноалюмінатного типу. При зануренні у воду гіпсогліноземістого цементу відбувається лінійне розширення цементу, що становить не менше 0,1% через 1 годину після замішування і не більше 0,6% через 3 доби твердіння.
На початковому етапі тверднення цементу ГГРЦ швидкість росту міцності вище, ніж у глиноземистого цементу, однак на наступних етапах зростання міцності такий же, як у глиноземистого цементу. Деформаційна здатність ГГР-цементу незначно більше такої деформаційної здатності глиноземистого цементу. [3, c.87]
Перші 3-7 доби ГГРЦ повинен розширюватися у водному або сильно зволоженою середовищі. При твердінні на повітрі цемент не тільки не розширюється, але навіть дає усадку. Іноді використовується комбінований режим тверднення, при якому перші 3 доби твердіння підтримується у водному середовищі, а в подальшому твердіння триває в повітряному середовищі. При такій процедурі спочатку відбувається розширення, а потім усадка з незначним залишковим розширенням близько 0,15%.
Ступінь розширення цементного розчину залежить від відносного вмісту цементу і води в розчині. якщо в'яжучого стає менше. Тепловологісна обробка виробів на основі ГГРЦ істотно прискорює процес твердіння і зменшує ступінь розширення. Розчини та бетони на основі цементу ГГР мають високу атмосферостійкість і морозостійкістю. За екзотермії ГГР-цемент ближче до портландцементу високого гатунку, ніж до глиноземистий цемент. [7, c.45]
Стійкість цементу ГГР при сольовий агресії прямо залежить від стійкості глиноземистого цементу, на основі якого виготовлений ГГРЦ. Він стійкий в морській воді, пластових сульфатних водах і розчинах сульфату магнію та натрію.
Гіпсогліноземістий цемент, що розширюється призначається для виготовлення безусадочних і розширювальних водонепроникних розчинів, бетонів і гідроізоляційних штукатурок; для закладення стиків збірних бетонних та залізобетонних конструкцій; для замонолічування і підсилення конструкцій, підливки фундаментів і закладення фундаментних болтів; для закарбування швів і розтрубів водопровідних ліній при робочому тиску до 10 атм, створюваному не раніше 24 год з моменту закінчення зачеканювання.
Висновок
Цемент - це найважливіший будівельний матеріал. У будівельній практиці він застосовується вже близько 160 років. Великі наукові відкриття, які послужили основою створення нових видів цементу та покращення якості існуючих, належать до останніх чотирьох десятиліть, причому більшість з них належить радянським ученим.
У Росії цемент почали проводити в минулому столітті. На початку 20 століття, в Росії працювало 60 цементних заводів загальною продуктивністю близько 1,6 млн. тонн цементу. Проте після Першої світової війни більшість цементних заводів було зруйновано. З приходом радянської влади цементну промисловість Росії довелося створювати практично з нуля.
Вже в 1962 році, СРСР зайняв перше місце в світі по випуску цементу. У 1971 році випуск цементу в країні перевищив 100 млн. тонн. Цементна промисловість СРСР відрізнялася високою концентрацією виробництва. Середня потужність цементного заводу в СРСР була майже в 2 рази вище, ніж у США, і на 30% вище, ніж у Японії. [1, c.16]
Російська цементна промисловість знаходиться в числі самих швидкорослих світових індустрій з темпами близько 9%, при цьому в найближчі роки можна прогнозувати збільшення темпів зростання.
Сьогодні головним недоліком російських цементних заводів є те, що вони використовують мокрий спосіб виробництва цементу, який набагато більш енергоємний, ніж використовуваний в розвинених країнах світу сухий спосіб. Тому для компаній важливо поступово переходити на більш прогресивні енергозберігаючі технології.
Список використаної літератури
1. Домокеев А.Г. Будівельні матеріали .- М.: Вища школа, 1988
2. Будівельні матеріали: Навчально-довідковий посібник. / За ред. П.Г. Комохова, Є.М. Черньпіева .- М.: Фенікс, 2005
3. Будівельне матеріалознавство: Навчальний посібник для будує. спец. вузів - 3-е вид., стер. (ГРИФ) / Рибьев І.А.-М.: Вища школа, 2008
4. Горчаков Г.І., Баженов Ю. М. Будівельні матеріали. - М.: Вищ. шк., 1986
5. Барташевич А.А. Матеріалознавство: Учеб. посібник / А.А. Барташевич, Л.М. Бахар. - Ростов-на-Дону: Фенікс, 2005
6. Будівельні матеріали (матеріалознавство і технологія): Навчальний посібник / В.Г. Микульський, Г.І. Горчаков, В.В. Козлов, В.М. Купріянов. - М.: Изд-во АСВ, 2002
7. Сучасні будівельні матеріали і товари: Довідник / Авт. сост. І. Михайлова, І. Васильєв, К. Миронов. - М.: Ексмо, 2007
8. Попов К.Н. Будівельні матеріали та вироби: Підручник / К.Н. Попов, М.Б. Каддо. - М.: Вищ. школа, 2006