Цемент глиноземистый это: Глиноземистый цемент, производство и применение глиноземистого цемента.

Цемент глиноземистый – это материал, который требует правильной эксплуатации. Работать со смесью желательно поручать мастерам. Цемент обладает высокой вязкостью, труднее и дольше перемешивается (если сравнивать с обычным портландцементом, к примеру), но от правильности смешивания зависят однородность и показатель стойкости бетона.

Смесь обычно готовится небольшими порциями, так как замедлить процесс твердения не удастся, а быстро использовать большие объемы бетона практически невозможно. Когда же состав начинает схватываться сразу по приготовлению, работать с ним очень трудно, да и на качестве итоговой конструкции это может сказаться.

Глиноземистый цемент нередко используется для приготовления разных типов расширяющихся смесей, быстротвердеющих составов. Для любого такого раствора соотношение компонентов и состав вычитываются отдельно. Обычно смесь при твердении увеличивается в объеме, балансируя усадку, а также самоуплотняется. Чтобы получить данные смеси, глиноземистый цемент смешивают с разными добавками.

Особые виды ГЦ:

• Расширяющийся цемент с гипсом и дробленым шлаком – схватывается быстро, расширяется в воде.
• Водонепроницаемая смесь с минимальной усадкой – в цемент добавляют полугидрат гипса и гашеную известь, что позволяет получать материал, актуальный для эксплуатации в гидроизоляционных работах.
• Расширяющийся водонепроницаемый цемент – быстро набирает прочность, используется для гидроизоляции судоходных шлюзов, туннелей, трубопроводов, бассейнов и т.д.

Технические характеристики

• Быстрое твердение – начинается через 30-45 минут, заканчивается по прошествии трех суток.
• Выделение больших объемов тепла в процессе твердения, благодаря чему глиноземистый цемент можно использовать при температуре до -10С.
• Повышенные характеристики стойкости как к низким, так и к высоким температурам.
• Огнеупорность – до +1300-1700 С.
• Высокий уровень плотности (мало пор в структуре).
• Очень высокая прочность.
• Стойкость к газообразным и жидким средам, коррозии, сернистым соединениям магния и кальция, хлоридам щелочных металлов.

Маркировка

Основное обозначение на упаковке смеси – это ее марка: МЦ-40 (что соответствует показателю прочности марки М400 – 40МПа), МЦ-50 и МЦ-60 (самый прочный – 60МПа). Кроме того, существуют высокоглиноземистые цементы первой-третьей категорий, которые обозначаются ВГЦ I, ВГЦ II и, соответственно, ВГЦ III. Маркировка может дополняться цифрами, обозначающими прочность – маркировка может быть такой: ВГЦ I-35, ВГЦ II-25, ВГЦ II-35, ВГЦ III-25. Также на упаковке часто указывают процент содержания алюминия в смеси – чем он выше, тем раствор будет прочнее.

Глиноземистый цемент – качественный и дорогой материал с особыми характеристиками, который нужно уметь выбирать и правильно использовать. Приобретать смесь лучше у проверенных поставщиков, а перед приготовлением и эксплуатацией тщательно изучить всю информацию и правила работы с раствором. В таком случае удастся создать прочную и долговечную конструкцию с нужными характеристиками и корректно выполнить любую поставленную задачу.

Глиноземистый цемент — Вяжущие материалы

Глиноземистый цемент

Глиноземистый цемент — быстротвердеющее гидравлическое вяжущее, состоящее преимущественно из моноалюмината кальция (СаО * А1203). Свое название этот цемент получил от технического названия оксида алюминия А1203 — глинозем.

Промышленное производство глиноземистого цемента началось во Франции в 1912 г. под названием цемент фондю (в Европе этот цемент до сих пор носит такое название). Глиноземистый цемент с успехом использовался французами в ходе Первой мировой войны для срочного восстановления мостов и других инженерных сооружений. В других европейских странах его производство началось только в 20-е годы. Причина этого не только в том, что производство глиноземистого цемента было строго засекречено, но и в том, что Франция в то время была одной из немногих стран, имеющих залежи бокситов и дешевую электроэнергию ГЭС — два фактора, необходимых для производства глиноземистого цемента.

Получение. Сырьем для глиноземистого цемента служат, как уже было сказано, бокситы и чистые известняки. Бокситы — горная порода, состоящая из гидратов глинозема (А1203 * лН20) и примесей (в основном Fe203, Si02, СаО и др.). Бокситы широко используются в различных отраслях промышленности: для получения алюминия, абразивов, огнеупоров, адсорбентов и т. п., а месторождений с высоким содержанием А1203 очень немного.

Производство глиноземистого цемента более энергоемко, чем производство портландцемента. Клинкер глиноземистого цемента получают либо плавлением в электрических или доменных печах (при 1500…1600 °С), либо спеканием (при 1200…1300 °С). Размол клинкера затруднен из-за его высокой твердости. В целом из-за того, что производство глиноземистого цемента очень энергоемко, а сырье (бокситы) — дефицитно, его стоимость в 8… 10 раз выше, чем стоимость портландцемента.

Состав. Химический состав глиноземистого цемента, получаемого разными методами, находится в следующих пределах: СаО — 35…45 %; А1203 – 30…50 %; Fe203 – 0…15 %; Si02 – 5…15 %. В минеральном составе клинкера глиноземистых цементов преобладает однокальциевый алюминат СаО * А1203 (СА), определяющий основные свойства этого вяжущего. Кроме того, в нем присутствуют: алюминаты — СА2, С12А7; двухкальциевый силикат C2S, отличающийся, как известно, медленным твердением, и в качестве неизбежной балластной примеси алюмосиликат кальция — геленит — 2СаО * А1203 * 2Si02, не способный к твердению.

Твердение. Процесс твердения глиноземистого цемента и прочность образующегося цементного камня существенно зависят от температуры твердения. При нормальной температуре (до + 25 °С) основной минерал цемента СА взаимодействует с водой с образованием кристаллического гидроалюмината кальция и гидроксида алюминия в виде гелевидной массы:

2(СаО * А1203) + 11Н20 = 2СаО * А1203 * 8Н20 + 2А1(ОН)3

Суммарное тепловыделение (Q) у глиноземистого цемента немного ниже, чем у портландцемента (около 300…400 кДж/кг), но протекает оно в очень короткие сроки (в первые сутки выделяется 70…80 % от общего количества теплоты). Поэтому в случае больших объемов бетонирования возможен перегрев бетонов на глиноземистом цементе.

Если же температура твердеющего глиноземистого цемента превысит 25…30 °С, то изменяется химизм твердения, и вместо С2АН8 образуется С3АН6; при этом прочность цементного камня будет ниже в 2…2,5 раза.

Поэтому глиноземистый цемент не рекомендуется использовать для бетонирования массивных конструкций, где возможен саморазогрев бетона, а также в условиях жаркого климата. Нельзя также его пропаривать. При работах в зимних условиях, напротив, саморазогрев и быстрое твердение делают глиноземистый цемент очень перспективным.

Свойства. У глиноземистого цемента удивительное сочетание свойств.

Сроки схватывания почти такие же, как у портландцемента: начало — не ранее 30 мин, конец — не позднее 12 ч (реально 4…5 ч).

Твердение. После окончания схватывания прочность нарастает очень быстро (лавинообразно). Уже через сутки глиноземистый цемент набирает до 70 % от марочной прочности, которая у него определяется в 3-суточном возрасте. Марки у глиноземистого цемента такие же, как у портландцемента: 400; 500 и 600.

Усадка глиноземистого цемента при твердении на воздухе ниже, чем у портландцемента, в 3…5 раз. Пористость цементного камня также ниже (приблизительно в 1,5 раза). Это связано с тем, что при одинаковой с портландцементом водопотребности глиноземистый цемент при твердении химически связывает 30…45 % воды от массы цемента (портландцемент — около 20%).

Среда в процессе твердения и в затвердевшем цементном камне у глиноземистого цемента слабощелочная. Свободного Са(ОН)2 цементный камень не содержит. Это обстоятельство в сочетании с пониженной пористостью делает бетоны на глиноземистом цементе более устойчивыми к коррозии в пресной и минерализованной воде.

Области применения. Глиноземистый цемент целесообразно использовать при аварийных и срочных работах, при зимних работах и в тех случаях, когда от бетона требуется высокая водостойкость и водонепроницаемость. Кроме того, глиноземистый цемент является компонентом многих расширяющихся цементов.

Специальная область использования глиноземистых цементов — жаростойкие бетоны. Объясняется это тем, что, во-первых, в продуктах твердения этого цемента нет Са(ОН)2, и, во-вторых, при температуре 700…800 СС между продуктами твердения цемента и заполнителями бетона начинаются реакции в твердой фазе, по мере протекания которых прочность бетона не падает, а повышается, так как бетон превращается в керамический материал (опасность присутствия Са(ОН)2 заключается в том, что при нагреве он переходит в СаО, который при любом контакте с водой гасится, разрушая при этом бетон).

—

Глиноземистый цемент, называемый иногда алюминатным или высокоглиноземистым, представляет собой гидравлическое вяжущее, основными компонентами которого являются алюминаты кальция, в противоположность портландцементу, который состоит в основном из силикатов кальция. Примерами такого цемента могут служить: французский «ciment fondu», германский «Schmelzzement», американский «lumnite cement».

Спекмэн в США и Вид во Франции независимо друг от друга разработали технологию производства глиноземистого, цемента. Оба исследователя опирались на предшествующие работы Вика, Кандло и Шота. Опыты Бэйтса показали, что можно использовать вращающуюся печь для получения клинкера глиноземистого цемента.

Спекмэн пытался получить вяжущее с высокой прочностью в раннем возрасте, добавляя к извести или портландцементу алю-минатные соединения, изготовленные из боксита и высокоглинозе-мистых шлаков. Примерно в 1910 г. на рынке появились различные натуральные цементы под названием «алька», содержавшие добавку алюминатов Спекмэна. В дальнейшем было организовано производство высокоглиноземистых натуральных цементов, а затем глиноземистого цемента, подобного тому, который был получен Видом.

Вид, работавший во Франции, ставил своей задачей создать глиноземистый цемент с повышенной сульфатостойкостью, который был необходим для строительства в некоторых районах страны, изобиловавших гипсом. Он решил эту задачу путем сплавления бокситов или других глиноземистых и железистых материалов, содержащих мало кремнезема, с известью в соответствующей пропорции.

Полученный продукт обладал не только сульфатостойкоетью, но и высокой прочностью в раннем возрасте. В 1918 г. после пятилетнего опыта применения этого цемента французским правительством для военных нужд, он ‘был выпущен для общего пользования.

Производство

Сырьем для производства глиноземистого цемента служат обычно низкосортные бокситы и известняк (высокосортные бокситы идут на производство глинозема). Точно дозированная и хорошо перемешанная смесь сырьевых материалов нагревается до температуры, при которой известь вступает в реакцию с глиноземом, образуя соединения алюминатов кальция. Сырьевая смесь полностью плавится примерно при 1540° С. Расплав выпускают из печи, дают ему застыть, охлаждают и затем размалывают с добавками или без них. Во избежание рассыпания застывшего расплава необходимо держать на сравнительно низком уровне содержание кремнезема в смеси.

В США глиноземистый цемент производится по способу плавления тонкоизмельченной сырьевой смеси во вращающейся печи. Эта печь отличается от обычной вращающейся печи, применяемой для производства портландцемента спеканием, тем, что разгрузочный конец ее резко сужен; в этой конической части несколько задерживается обжйгаемый материал, что облегчает процесс полного расплавления его. Для ускорения реакции между известью и бокситом прибегают к спеканию сырьевой смеси при температуре ниже точки начала плавления.

В других странах для производства глиноземистого цемента применяют отражательные или электродуговые печи. Шахту печи загружают кусками известняка и боксита, а также бокситовыми брикетами, из которых под действием горячих газов, выделяющихся из печи, удаляются СОо и другие летучие вещества. Материал постепенно опускается и попадает в печь, где происходит плавление его. В отражательной печи выпуск расплава производится непрерывно, а в электрической — периодически.

Скорость охлаждения расплава оказывает большое влияние на сроки схватывания и скорость твердения глиноземистого цемента. Методы охлаждения, применяемые на том или ином заводе, обычно держатся в секрете. Скорость охлаждения влияет также на размалываемость клинкера или застывшего расплава. Ввиду исключительной твердости и абразивности глиноземистого клинкера его приходится молоть значительно крупнее, чем клинкер портландцемента.

Химические и физические свойства

По пределам колебаний химического состава он заметно отличается от глиноземистого цемента, производимого в некоторых странах. Следует отметить, что американский глиноземистый цемент содержит примерно одинаковое количество извести и глинозема. Значительное количество закиси железа ib глиноземистом цементе показывает, что плавление сырья происходит в восстановительной среде.

Петрографическое исследование глиноземистого цемента показывает, что он состоит из кристаллической фазы, главным образом однокальциевого алюмината, который окружен темной аморфной массой, содержащей большое количество железа и немного извести, глинозема и кремнезема, не успевших закристаллизоваться. В кристаллической фазе часто присутствуют небольшие количества устойчивой и неустойчивой модификаций пятикальциевого трехалюмината, причем устойчивая модификация, очевидно, преобладает в тех случаях, когда содержание железа в цементе очень ограничено. Отношение кристаллических компонентов к аморфным колеблется в зависимости от скорости охлаждения и режима обжига в печи.

Работы Ранкина и Райта по изучению системы СаО—А1203— Si02 показали, что в ней должен образовываться также трехкальциевый пятиалюминат, хотя он и не может быть обнаружен при микроскопическом исследовании.

В некоторых цементах кремнезем присутствует в форме кристаллического двухкальциевого алюмосиликата (галенита, C2AS). В большом количестве это соединение может понизить прочность цемента. Кроме того, кремнезем может присутствовать и в форме ортосиликата кальция (C2S). Второстепенные компоненты, иногда наблюдаемые в глиноземистом цементе (окись титана, сульфиды, скись фосфора, щелочи), как полагают, не оказывают существенного влияния на его свойства.

При гидратации глиноземистого цемента образуются большие количества геля, что объясняется реакцией между водой и СА, а также устойчивой и неустойчивой модификациями С5А3. Это геле-образное аморфное вяжущее вещество является носителем высокой прочности твердеющего цементного теста в раннем возрасте, в результате чего цемент приобретает значительную часть своей конечной прочности уже в первые сутки. Но и после этого срока гидратация продолжается, причем образуются новые количества аморфного вещества, способствующего созданию плотной непроницаемой структуры бетона.

Если глиноземистый цемент гидратируется при температуре около 27° С или выше, то образуются кубические кристаллы трехкальциевого гидроалюмината, причем прочность бетона снижается. Поэтому бетон, изготовленный из глиноземистого цемента, в период от начала схватывания до односуточного возраста поливают водой, чтобы рассеять тепло, выделяющееся при быстрой гидратации. По той же причине не применяют пропаривания глиноземистого бетона и укладывают его слоями не толще 30 см. Бетон из глиноземистого цемента, подвергавшийся сильному нагреванию во время твердения, имеет характерный шоколадно-серый оттенок. Орошение бетона водой предупреждает шелушение его поверхности вследствие карбонизации.

Для получения цемента с нормальными сроками схватывания обычно прибегают к регулированию скорости охлаждения расплава. Наряду с этим применяются и некоторые замедлители схватывания, как хлористый натрий, нитрат натрия, глицерин, сахар. Излишнее количество сахара может задержать схватывание на неопределенное время. Гипс, который служит обычно для замедления схватывания портландцемента, ускоряет схватывание глиноземистого цемента. Другие формы серного ангидрида также ускоряют схватывание. Подобным же образом действуют на глиноземистый цемент гидроокись кальция, гидроокись натрия, карбонаты кальция и натрия.

Добавка небольшого количества портландцемента ускоряет начало схватывания теста, раствора и бетона из глиноземистого цемента. В свою очередь небольшая добавка глиноземистого цемента ускоряет схватывание портландцемента. Добавка одного цемента к другому в избыточном количестве может вызвать мгновенное схватывание. Это свойство используется для получения высокопластичного, но быстросхватывающегося цементного раствора, который необходим при укладке дорожных бетонных плит и заделке отверстий в бетонных сооружениях под гидростатическим давлением. Следует иметь в виду, что при смешивании разных цементов известное влияние на сроки начала схватывания оказывают также и колебания в содержании S03 и щелочей в портландцементе.

Объемные деформации твердеющего теста глиноземистого цемента при увлажнении и высыхании в основном такие же, как и у портландцементного теста. Это относится и к усадке при высыхании свежего цементного теста. Коэффициент термического расширения и показатели проницаемости у обоих цементов также одинаковы. Модуль упругости глиноземистого цемента несколько выше и составляет около 315 000 кг/см2. Величина его колеблется в зависимости от прочности, как и у портландцемента, а прочность в свою очередь изменяется с изменением водо-цементного отношения и температуры твердения.

Применение

Глиноземистый цемент применяется для изготовления различных специальных бетонов — огнеупорного, жаростойкого, корро-зиестойкого и быетротвердеющего, а также для защиты каменных или бетонных сооружений от действия грунтовых вод. ‘

Хотя усиленное разогревание бетона из глиноземистого цемента во время твердения вредно отражается на его прочности, а в особо неблагоприятных условиях температуры и влажности может даже вызвать разрушение его, тем не менее при правильном подборе заполнителей и хорошей технологии можно изготовить прекрасный огнеупорный бетон для футеровок. Заполнители для такого бетона могут быть кислые, основные или нейтральные. Состав смеси может колебаться от 1 : 4 (цемент — заполнители по объему) для низкотемпературных печей (1090 °С) до 1 : 7 для высокотемпературных (1425 °С и выше). Такие огнеупорные бетоны отличаются хорошей прочностью в холодном состоянии и приобретают очень высокую прочность в условиях огня или высокой температуры благодаря остекловыванию, т. е. поверхностному оплавлению компонентов.

Жаростойкий бетон применяется для строительства фундаментов печей, трубопроводов для пропуска горячих газов, полов под печами и возле печей, т. е. в таких местах, где он подвергается значительному действию тепла при температуре ниже точки плавления. Так как глиноземистый цемент не выделяет извести при гидратации, он является прекрасным вяжущим для изготовления такого бетона. В качестве заполнителей могут быть применены старые огнеупоры, дорожный клинкер, облицовочный клинкерный кирпич, диабаз, наждак, измолотые до предельной крупности 3,75 см. Для улучшения изоляционных свойств бетона можно применить легкие огнеупорные заполнители. Следует избегать заполнителей, которые выделяют известь. Оптимальный состав бетона (по объему): 1 часть цемента на 2,5 части мелкого заполнителя (предельная крупность зерен 6 мм) и на 2,5 части крупного заполнителя. При применении очень плотных заполнителей следует увеличить количество мелких заполнителей по отношению к крупным.

Глиноземистый цемент отличается не только повышенной сульфатостойкостью, но и хорошей устойчивостью против действия органических кислот, различных соединений серы, серной кислоты, молочной кислоты, соляного раствора, крахмала, сахарозы, кислотных масел, тростникового сока, мелассы. Он неустойчив в отношении уксусной, соляной и азотной кислот, сильных растворов сульфатов и каустиков. Бетон состава 1:2:4с высококачественными тяжелыми заполнителями обычно обладает удовлетворительной солестойкостью. Следует избегать применения тощих смесей, которые требуют более длительного перемешивания.

Монолитный бетон из глиноземистого цемента с обыкновенными заполнителями созревает уже через сутки после укладки в нормальных атмосферных условиях. Благодаря повышенному тепловыделению этот бетон можно укладывать при низкой температуре без применения защитных мер или с минимальной защитой. Отпадает также необходимость в добавке хлористого кальция в качестве ускорителя твердения. При изготовлении бетона для большинства строительных работ достаточно, чтобы расход цемента составлял 300—330 кг/м3. при минимальном количестве воды. Выдержка бетона может не превышать 24 час. после укладки.

Смеси глиноземистого цемента и портландцемента обычно применяются для защиты бетонных, кирпичных и каменных сооружений от просачивания воды. Эти смеси наносятся обычным способом или торкретированием.

Читать далее:
Глиноземистый и расширяющиеся цементы
Цементы с минеральными добавками
Специальные виды портландцемента
Свойства портландцемента
Схватывание и твердение портландцемента
Производство портландцемента
Неорганические вяжущие вещества
Разные материалы для штукатурных работ
Заполнители для штукатурных работ
Вяжущие материалы для штукатурных работ

Глиноземистый и расширяющиеся цементы — Вяжущие материалы

Глиноземистый и расширяющиеся цементы

Глиноземистый цемент — гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем тонкого измельчения клинкера, в составе которого преобладают алюминаты кальция.

Сырьем для производства глиноземистого цемента служат известняки и породы с высоким содержанием глинозема — бокситы. Иногда вместо известняка используют известь. Сырьевую смесь расплавляют при температуре 1500 °С в вагранках, конвертерах, электрических печах. Реже применяют обжиг до частичного плавления (спекания) сырьевой смеси при температуре около 1300 °С. Полученный клинкер охлаждают и размалывают в порошок, как и при производстве портландцемента. Глиноземистый клинкер гораздо тверже клинкера портландцемента и поэтому труднее размалывается, требует большого расхода электроэнергии. Это является одной из основных причин более высокой стоимости глиноземистого цемента (он в несколько раз дороже портландцемента).

Минеральный состав глиноземистого цемента представлен алюминатами кальция, главным образом однокальциевым алюминатом Са0-А1203 (сокращенно СА), который оказывает решающее влияние на свойства цемента. Алюминаты кальция придают цементу способность быстро — за 12…24 ч приобретать высокую прочность.

После затворения водой тесто глиноземистого цемента довольно продолжительное время остается пластичным. Начал‘о схватывания цемента должно наступать не ранее чем через 30 мин, а конец — не позднее 12 ч от момента затворения.

Одна из отличительных особенностей глиноземистого цемента — очень быстрое твердение, которое практически завершается через трое суток. К этому сроку и определяют его марку. Глиноземистый цемент выпускают марок 400, 500 и 600. Через одни сутки твердения прочность образцов глиноземистого цемента достигает 55…60% марочной. Следовательно, глиноземистый цемент является быстротвердеющим.

В процессе твердения глиноземистый цемент выделяет за короткий период большое количество теплоты. Это явление полезно при зимних бетонных работах, но нежелательно при бетонировании массивных конструкций.

При более высокой температуре он перекристаллизуется в трехкальцие-вый гидроалюминат, выделяющийся в виде кристаллов кубической формы. Переход гидроалюмината из одной формы в другую сопровождается изменением объема и поэтому вызывает в цементном камне большие внутренние напряжения, приводящие к образованию микротрещин. В результате повышение температуры окружающей среды, особенно в первые часы твердения, не увеличивает, а уменьшает (почти в 2 раза) прочность бетона на глиноземистом цементе. Вот почему такой бетон нельзя подвергать пропариванию.

В процессе твердения глиноземистый цемент связывает 30… 45% воды (считая от массы цемента), т. е. примерно в 2 раза больше, чем пЬртландцемент. Поэтому и плотность цементного камня глиноземистого цемента выше. В продуктах гидратации глиноземистого цемента нет гидроксида кальция Са(ОН)2. Благодаря этому бетон на глиноземистом цементе лучше противостоит коррозии в пресных и сульфатных водах, а также в слабых растворах многих минеральных и органических кислот.

Однако глиноземистый цемент разрушается даже слабыми растворами щелочей, поэтому его не рекомендуется смешивать с известью или портландцементом.

Способность глиноземистого цемента к быстрому твердению используют при аварийно-восстановительных работах. Глиноземистый цемент применяют для бетонных и железобетонных конструкций, работающих в агрессивной среде, иногда при зимнем бетонировании. В смеси с шамотом (обожженной огнеупорной глиной), хромовой рудой, магнезитом его используют для изготовления жаростойких бетонов и растворов. Кроме того, глиноземистый цемент входит в состав расширяющихся и безусадочных цементов.

Новые научные исследования показывают, что прочность бетона на глиноземистом цементе по прошествии нескольких десятилетий может резко снижаться, что приводит к разрушению конструкции. Это заставляет применять глиноземистый цемент с большой осторожностью.

Расширяющиеся цементы при твердении на воздухе обнаруживают не усадку, а набухание. Увеличение объема может достигать 0,5… 1%.

Обычные цементы в процессе твердения претерпевают усадку. Это вызывает образование усадочных трещин, особенно недопустимых в стыках сборных железобетонных элементов. Поэтому в конструкциях, работающих под давлением, например в резервуарах для хранения воды и других жидкостей, тюбингах для обделки тоннелей, заделывают швы расширяющимися или безусадочными цементами. Эффект расширения этих цементов обусловлен образованием гидросульфоалюмината кальция (эттрингита), который кристаллизуется и увеличивается в объеме. Известно несколько разновидностей расширяющихся цементов. В их состав всегда входят алюминаты и сульфаты кальция в различной форме.

Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент состоит из высокоглиноземистого клинкера или шлака и природного гипса. Это быстротвердеющее гидравлическое вяжущее. Начало схватывания цемента должно быть не ранее 10 мин, а конец — не позднее 4 ч от момента затворения. При твердении в воде гипсоглиноземистый цемент расширяется до 0,7% через трое суток. На воздухе он не дает усадки. Предел прочности при сжатии раствора на гипсоглиноземистом цементе не менее 28 МПа, марка по водонепроницаемости — не ниже W1. Его применяют при омоноличивании стыков сборных конструкций, сооружении вместилищ для хранения нефтепродуктов, устройстве гидроизоляционных штукатурок.

Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) представляет собой композицию из глиноземистого цемента, гипса и четырехкальциевого гидроалюмината кальция. ВРЦ быстро схватывается — в течение 4… 10 мин. Его применяют для за-чеканки швов в тюбингах, гидроизоляции раструбов в трубах, заделки анкерных болтов, подливки под основания машин.

Водонепроницаемый безусадочный цемент (ВБЦ) состоит из тех же компонентов, что и ВРЦ, но гипса в нем меньше, а гидроалюмината кальция больше. ВБЦ быстро схватывается и твердеет, достигая к трем суткам 60…80% марочной прочности. Цементный камень обладает высокой водонепроницаемостью, выдерживая давление воды 0,7 МПа.

Расширяющийся портландцемент (РПЦ) получают при совместном измельчении клинкера портландцемента, глиноземистого шлака, гипса и гранулированного доменного шлака. Сроки схватывания РПЦ такие же, как у портландцемента, но твердеет он гораздо быстрее, особенно при пропаривании. Марки РПЦ по прочности 400, 500 и 600, водонепроницаемость — до 1,2 МПа. Применяют РПЦ в тех же случаях, что и другие расширяющиеся цементы. Использование его при изготовлении сборных железобетонных изделий особенно выгодно, так как сокращает время тепловой обработки до 4…6 ч и, следовательно, уменьшает расход электроэнергии, топлива и технологического пара.

Напрягающий цемент (НЦ) включает в себя портландцемент (65…75%), глиноземистый цемент (13…20%) и гипс (6…10%). Напрягающий цемент быстро твердеет, набирая через 1 сут примерно 30% марочной прочности. Предел прочности НЦ при сжатии через 28 сут нормального твердения должен быть не ниже 50 МПа.

Отличительная особенность этого цемента — большая энергия расширения, создающая самонапряжение в цементном камне до 3…4 МПа. Благодаря этому в процессе расширения НЦ возникает предварительное напряжение в арматуре, которое не зависит от ее расположения в железобетонной конструкции.

Напрягающий цемент подразделяют по развиваемой энергии самонапряжения на марки НЦ-2, НЦ-4 и НЦ-6. Энергию самонапряжения условно выражают в МПа.

Железобетонные конструкции, изготовленные с применением НЦ, отличаются повышенной трещиностойкостью. Поэтому НЦ часто используют при возведении подводных и подземных напорных сооружений, в конструкциях резервуаров для хранения жидкостей и газов.

Читать далее:
Цементы с минеральными добавками
Специальные виды портландцемента
Свойства портландцемента
Схватывание и твердение портландцемента
Производство портландцемента
Неорганические вяжущие вещества
Разные материалы для штукатурных работ
Заполнители для штукатурных работ
Вяжущие материалы для штукатурных работ
Расширяющиеся цементы

глиноземный цемент | Компания AGC Ceramics

Цемент из глинозема

впервые был успешно коммерциализирован компанией AGC Ceramics в Японии и используется в качестве компонента различных продуктов, применяемых для изготовления огнеупоров, строительных материалов и строительных материалов.

Что такое глиноземистый цемент?

Asahi Alumina Cement — это глиноземный цемент, изготовленный с использованием процесса высокотемпературного плавления, обеспечивающего стабильность качества.
Глиноземистый цемент — это неорганический материал, который при взаимодействии с водой образует плотную текстуру.Он известен своей огнеупорностью, быстрым твердением, стойкостью к химическому воздействию. Мы можем разрабатывать новые композитные материалы, используя их различные характеристики и комбинируя с другими неорганическими или органическими материалами.
Поэтому глиноземный цемент Asahi используется не только в огнеупорных бетонах, но и в различных областях. Asahi Alumina Cement полезен как для улучшения существующих материалов, так и для разработки новых.

Типы глиноземного цемента Asahi

Глинозем

Asahi изготавливается из боксита и известняка путем высокотемпературного плавления.Существует два типа глиноземного цемента Asahi: «Асахи глиноземный цемент № 1» и «Asahi Fondu». Основным элементом обоих типов является алюминат кальция.

• Асахи глиноземного цемента No.1 （AC-1）
  Возраст материала и прочность на холодное раздавливание
• Образец погружен на 2 года в 5%
  водный раствор сульфата натрия

Характеристики глиноземного цемента Asahi

Быстрое отверждение

По сравнению с высокопрочным или обычным портландцементом, глиноземный цемент Asahi быстро затвердевает. Достаточно укрепляется даже при низких температурах. При смешивании с портландцементом или другими добавками они вызывают быстрое схватывание в соответствии с их рецептурой.Поэтому они используются для срочного строительства дорог с интенсивным движением, железных дорог, мостов и т. Д.

Огнеупорность

Asahi Alumina Cement часто используется в качестве связующего материала для огнеупорных бетонов, поскольку он образует керамические связки при высокой температуре и сохраняет свою прочность даже после охлаждения. Благодаря точному подбору заполнителей можно производить огнеупорные бетоны, выдерживающие максимальную температуру 1600 ° C.

Устойчивость к химическому воздействию

Цемент из глинозема — это неорганический материал, разработанный более века назад во Франции как цемент, обладающий прочностью в сульфате.Он противостоит сернокислотной коррозии лучше, чем портландцемент, и демонстрирует высокую стойкость к химической коррозии. Поэтому он полезен при строительстве трубопроводов грунтовых вод, водопроводных труб, обжимных труб, заводских стоков, прибрежных сооружений и заводских дымоходов.

Характеристики глиноземистого цемента

Реакция на воду

• При реакции с водой образует плотную консистенцию.
• При смешивании с водой начинает затвердевать через несколько часов.
• При застывании сильно лихорадит за короткое время.
• При контакте с водой ионы кальция и алюминия выделяются в воду.

Превосходные характеристики по сравнению с портландцементом

• Обладает низким pH.
• Быстро затвердевает.
• Обладает высокой текучестью.
• Может сочетаться с большим количеством воды.
• Обладает высокой огнеупорностью.
• Обладает высокой стойкостью в серной кислоте.
• Устойчив к высолам.

Другое

• Достаточно укрепляется даже в холодных местах.
• При смешивании с портландцементом вызывает быстрое схватывание.
• Это меньше реагента, чем гидравлическая известь или глинозем.
• Время, необходимое для настройки, зависит от температуры.
• Это полезно как для улучшения существующих материалов, так и для разработки новых материалов путем комбинирования с другими.

Техническая информация

Данные (в этом каталоге) представляют собой типичные значения и не должны рассматриваться как гарантированные характеристики.Эти типовые значения могут быть изменены без предварительного уведомления.

Цемент с высоким содержанием глинозема — Designing Buildings Wiki

Цемент с высоким содержанием глинозема (HAC), иногда известный как цемент из алюмината кальция (CAC) или глиноземистый цемент, состоит из алюминатов кальция, в отличие от портландцемента, который состоит из силикатов кальция. Он изготавливается из известняка или мела и боксита (особая глина с очень высоким содержанием глинозема).

HAC был впервые разработан Lafarge, производителем цемента, и стал доступен в Великобритании в 1925 году.Он использовался, в частности, для морских применений, где считалось устойчивым к химическому воздействию. Он стал популярным в 1950-х, 60-х и 70-х годах, поскольку быстро развивал прочность и поэтому был относительно быстрым в производстве. Он широко использовался в конструкционном бетоне, таком как сборные балки.

Однако HAC был склонен к кристаллической перестройке (или « преобразованию »), что могло привести к снижению прочности, а также уязвимости к химическому воздействию при длительном воздействии воды (возможно, в результате плохой детализации или плохого изготовления). ).Это привело к пяти серьезным разрушениям конструкции балок крыши (где присутствие воды более вероятно) в течение 1970-х годов.

В 1975 году депутат парламента от Саттон и Чим Нил Макфарлейн сказал: «Эти слова — или аббревиатура« HAC »- быстро и неуклонно становятся комбинацией страдания, опасений, беспокойства и страха для тысяч людей в Соединенном Королевстве. ”

HAC больше не используется в конструкционном бетоне в Великобритании, хотя он все еще преобладает в зданиях, построенных в 50-х и 60-х годах, и продолжает использоваться для неструктурных целей под названием алюминат-цемент кальция (CAC).

В 1975 году Консультативный комитет по строительным нормам (BRAC) Министерства окружающей среды (DOE) опубликовал руководство по процедурам проверки конструкции для высокоглиноземистого цемента. Это руководство, широко известное как правила BRAC, остается лучшим из имеющихся и продолжает использоваться для оценки структурных характеристик зданий, содержащих сборные бетонные балки HAC.

Следует отметить, что многие здания, содержащие компоненты HAC, полностью свободны от проблем, а возникшие проблемы связаны с производственными дефектами.Однако, если есть подозрение на присутствие HAC, следует провести испытания, и, если это подтвердится, компоненты HAC должны быть оценены на прочность и долговечность. Скорее всего, это потребует совета специалиста.

Цемент с высоким содержанием глинозема — Производство, характеристики и применение

🕑 Время считывания: 1 минута

Цемент с высоким содержанием глинозема производится путем измельчения клинкеров из глинозема и известковых материалов, таких как известь, путем плавления или спекания. Этот цемент также известен как кальциево-алюминиевый цемент.В этой статье мы обсудим историю, состав, производство, характеристики, использование, преимущества и недостатки.

История высокоглиноземистого цемента

Цемент с высоким содержанием глинозема был впервые разработан в Великобритании в 1925 году производителем цемента Lafarge. Поскольку было обнаружено, что он устойчив к химическим атакам, он в основном использовался для морского строительства. Его популярность возросла, когда такие свойства этого цемента, как быстрое увеличение прочности и простота изготовления, были обнаружены и широко использовались для бетонирования сборных железобетонных изделий.

Рис. 1. Цемент с высоким содержанием глинозема.

Состав высокоглиноземистого цемента

Таблица 1: Процентное содержание компонентов в составе.

Производство высокоглиноземистого цемента

Процесс производства высокоглиноземистого цемента отличается от обычного портландцемента. В качестве сырья используются бокситы и известь. Сырье смешивается в необходимой пропорции и измельчается на мелкие фрагменты размером 100 мм. Эти куски загружаются в печь и нагреваются до температуры плавления 1600 ° C.Расплавленный материал падает на стальную пластину и отправляется охлаждаться во вращающейся печи.
Затем эти клинкеры тонко измельчаются в трубных мельницах до крупности не менее 2250 см ² / грамм.

Характеристики высокоглиноземистого цемента

Характеристики этого цемента:

1. Очень устойчив к химическому воздействию.
2. Низкий уровень pH.
3. Высокая устойчивость к химической коррозии, благодаря чему используется для строительства водопроводных и канализационных труб, заводских водостоков, береговых сооружений и заводских дымоходов.
4. Показатель преломления этого цемента высокий.
5. Обладает высокой стойкостью в серной кислоте.
6. Этот цемент быстро затвердевает.
7. При добавлении в огнеупорные бетоны он действует как связующий материал, поскольку образует керамическую связку при высоких температурах.

Применение высокоглиноземистого цемента

1. Благодаря свойству быстрого твердения и прочности широко используется в морском строительстве и канализационной инфраструктуре.
2. Цемент с высоким содержанием глинозема также используется в огнеупорных бетонах, где он требует большей прочности при очень высоких температурах.

Рис. 2: Использование высокоглиноземистого цемента в морском сборном строительстве.

Преимущества высокоглиноземистого цемента

Преимущества высокоглиноземистого цемента следующие:

1. Из-за большего времени схватывания время на смешивание и укладку больше.
2. Стойкость к химическому воздействию хорошая.
3. Выдерживает высокие температуры.
4. Мороз слабый, так как во время схватывания выделяется больше тепла.
5. Цемент с высоким содержанием глинозема очень реактивен и имеет очень высокую прочность на сжатие.
6. Высокая огнестойкость.

Недостатки высокоглиноземистого цемента

Недостатки высокоглиноземистого цемента следующие:

1. Поскольку для производства этого цемента требуется больше тепла, стоимость производства этого цемента высока.
2. По тонкости не менее 2250 см ² / грамм, что очень хорошо.Будьте осторожны, чтобы он не попал в человеческий глаз или рот.
3. Поскольку тепловыделение при схватывании велико, его нельзя использовать в массовых бетонных работах.

Бетон на основе алюмината кальция | Журнал Concrete Construction

Цементы на основе алюмината кальция (CA)

похожи на более известные портландцементы в том, что они оба требуют воды для гидратации, они оба образуют бетон, схватывающийся примерно за одно и то же время, и оба требуют одинаковых смесей и методов укладки.Однако между двумя цементами есть важные различия. Во-первых, портландцементы производятся путем взаимодействия известняка и глины с образованием силикатов кальция, в то время как цементы из алюмината кальция (также называемые высокоглиноземистыми цементами) производятся путем взаимодействия материала, содержащего известь, с глиноземистым материалом с образованием алюминатов кальция.

Во-вторых, цементы на основе алюмината кальция, когда они смешаны с подходящими заполнителями, обычно используются для специальных применений, где можно использовать их уникальные свойства.Цементы на основе алюмината кальция редко используются для монолитных строительных работ, за исключением аварийных ремонтов и строительства фундаментов. Некоторые из целей, для которых могут быть указаны цементные бетоны CA, включают: работы в холодную погоду; устойчивость к высоким температурам; устойчивость к слабым кислотам и щелочам; устойчивость к сульфатам, морской воде и чистой воде; и быстрое затвердевание. Важно различать быстрое схватывание и быстрое затвердевание. Бетоны из алюминатно-кальциевого цемента не имеют быстрого схватывания.Однако они быстро затвердевают; то есть они разовьют такую ​​же прочность за 24 часа, как бетон на портландцементе за 28 дней.

Бетоны из алюминатно-кальциевого цемента следует выдерживать в течение не менее 24 часов, используя распыление воды или туман, лужу, влажную мешковину или отверждающую мембрану. Работая с цементно-алюминатным бетоном впервые, следует помнить, что с ним следует обращаться так же, как и с портланд-бетоном. Однако для получения удовлетворительных результатов следует подчеркнуть два момента.Во-первых, держите водоцементное соотношение ниже 0,4 и используйте механическую вибрацию для укладки бетона. Во-вторых, эти бетоны нагреваются намного быстрее, чем бетон из портландцемента, и хорошее отверждение в течение 24 часов после укладки является обязательным для удовлетворительного увеличения прочности.

Алюминат кальция — обзор

10.3.2 Цементы с низким pH на основе алюминатного цемента (CAC)

Цементы на основе алюмината кальция (CAC) представляют интересную альтернативу, поскольку их pH в поровой воде находится в диапазоне от 11.4 до 12,5, уменьшается по сравнению с OPC (Goñi et al. , 1991). Основное различие между портландцементом и цементом на основе алюмината кальция заключается в природе активной фазы, которая приводит к схватыванию и затвердеванию. Алюминат монокальция (CA) является основной активной фазой в CAC, которая реагирует с водой с образованием гидратов алюмината кальция.

Однако прямое использование этих связующих сталкивается с одной главной трудностью. Реакция гидратации CAC при температуре окружающей среды дает гексагональные гидратированные алюминаты кальция, CaAl ₂ O ₁₄ H _2O (CAH ₁₀ ) и Ca ₂ Al ₂ O ₁₃ H ₁₆ ( C ₂ AH ₈ ).Стабильными фазами являются Ca ₃ Al ₂ (OH) ₁₂ (C ₃ AH ₆ ) и Al (OH) ₃ (AH ₃ ), а другие фазы неизбежно будут преобразовываться. к ним, уменьшая механические свойства материала (Midgley and Midgley, 1975; Fentiman et al. , 1990; Xiandong and Kirkpatrick, 1993; Capmas and George, 1994; Scrivener et al. , 1999). Реакции превращения САС схематически показаны ниже:

[10.1] 3CAh20 → C3AH6 + 2Ah4 + 18H

[10,2] 3C2AH8 → 2C3AH6 + Ah4 + 9H

, где CAH ₁₀ — CaAl ₂ O ₁₄ H _{3 20} , C H _{3 20} , C является Ca ₂ Al ₂ O1 ₃ H ₁₆ , C ₃ AH ₆ является Ca ₃ Al ₂ (OH) ₁₂ , AH ₃ является Al (OH ) ₃ и H представляет собой H ₂ O.

Некоторые авторы обнаружили, что интересный способ уменьшить конверсию гидратов и уменьшение прочности состоит в замене части CAC доменным шлаком (BFS) или пуццоланом, например как микродиоксид кремния и метакаолин (Majumdar et al., 1990а, 1990b; Collepardi et al. , 1995; Ding et al. , 1995; Quillin et al. , 2001; Идальго и др. , 2008, 2009). Реакция, позволяющая избежать превращения гексагональных гидратированных фаз САС, может происходить следующим образом (Majumdar et al. , 1990a, 1990b; Collepardi et al. , 1995; Rivas Mercury et al. , 2006): кремнезем, содержащийся в минеральной добавке, будет реагировать с алюминатами кальция, вначале избегая образования гексагональной формы C ₂ AH ₈ , а затем превращения в кубическую форму C ₃ AH ₆ .Поэтому вместо этой кубической фазы предлагается использовать гексагональный алюминатный гидрат, содержащий диоксид кремния, называемый геленитом (Ca ₂ Al ₂ SiO ₇ · 8H ₂ O или C ₂ ASH ₈ ). сформирован. Majumdar et al. (1990a, 1990b) считает, что количество C ₂ ASH ₈ зависит от способности минеральной добавки выделять кремнезем. Важно отметить, что в литературе нет согласия между авторами по выделению фазы C ₂ ASH ₈ (геленит).

Хотя исследования по стабилизации CAC с минеральными добавками немногочисленны, эта твердая фаза наблюдалась в смесях CAC с BFS, SF, метакаолином и FA. Маджумдар и Сингх (1992) и Fu et al. (1995) пришел к выводу, что в смесях на основе САС с содержанием микрокремнезема (SF) от 30 до 50% геленит является основным продуктом гидратации до недели ( T < 40 ° C). Некоторые авторы (Rivas Mercury и др. , 2006; Hidalgo и др. , 2008, 2009) также сообщили, что в системах CAC-SF и CAC-FA кремнезем реагирует с фазами алюмината кальция в цементе и воде. для образования различных кристаллогидратов (с переменными пропорциями Ca, Al и Si), таких как Ca ₂ Al ₂ SiO ₇ · 8H ₂ O (C ₂ ASH ₈ , называемый геленитом), Ca ₃ Al ₂ (SiO ₄ ) _{3- x} (OH) _4x (0 < x <3) (катоит) и не очень четко определенные и сложные фазы типа цеолита .

Ca (OH) ₂ , Al (OH) ₃ , CaAl ₂ O ₄ · 10H ₂ O, Ca ₂ Al ₂ O ₅ · 8H ₂ O, Ca ₂ Al ₂ SiO ₇ · 8H ₂ O и ряд твердых растворов с общей формулой Ca ₃ Al ₂ (SiO ₄ ) _{3- x} (OH) _{4 x} , может находиться в системе CaO – Al ₂ O ₃ –SiO ₂ –H ₂ O для температур ниже 100 ° C.Действительно, существует вся серия с концевыми элементами, известная как гроссуляр, когда x = 0, и гидрогранат, если x = 3. Поскольку эти твердые растворы также присутствуют в природе, минералоги классифицируют их как гибшит для минералов с 0,2 < x < 1,5 и как катоит для тех, у которых 1,5 < x <3 (Rivas Mercury и др. , 2003a, 2003b, 2007). Идентификация гидрата карбоалюмината кальция C ₄ AcH ₁₁ в качестве предшественника элементов твердого раствора гидрогранат-гранат с диоксидом кремния в их составе, C ₃ AS _{3- x} H _{2 x} (CASH), когда используются SF и / или FA, также предлагалось в литературе (Hidalgo et al., 2008, 2009).

Таким образом, кажется очевидным, что включение минеральных добавок в смеси на основе САС увеличивает стабильность их микроструктуры и даже немного снижает значение pH порового флюида в течение длительных периодов времени, как показано на Рис. 10.9. Однако в этом случае нет ни минимального, ни максимального процентного содержания минеральной добавки для использования для оптимального развития цемента с низким pH, но показывает, что процентные значения связаны с предотвращением процесса конверсии.

10.9. pH порового флюида нескольких цементных паст на основе CAC за 90 дней гидратации.

Также примечательно то, что, помимо присутствия в цементах с низким pH на основе OPC, процент щелочей не влияет существенно на pH порового флюида этих материалов, и снова наблюдается процесс связывания щелочей, хотя он и меньше. прозрачнее, чем в случае смесей OPC с низким pH.

Цемент с высоким содержанием глинозема: производство и свойства

В этой статье мы обсудим: — 1. Введение в высокоглиноземистый цемент 2.Производство высокоглиноземистого цемента 3. Гидратация 4. Эффект конверсии 5. Влияние температуры отверждения 6. Физические свойства 7. Огнеупорные свойства.

Введение в высокоглиноземистый цемент:

Этот цемент существенно отличается от обычного портландцемента по составу, а также по некоторым свойствам. Следовательно, его структурное использование очень ограничено. Поиски решения проблемы воздействия гипсодержащих вод на бетонные конструкции из портландцемента привели Жюля Биэ из Франции к открытию высокоглиноземистого цемента.

Как следует из названия, он содержит около 40% глинозема, 40% извести и до 8% кремнезема с некоторыми оксидами железа и железа. Оксидный состав представлен в таблице 3.10 ниже. Однако содержание оксида алюминия должно составлять менее 32% по весу, а соотношение оксид алюминия / известь должно составлять от 0,85 до 1,3.

Состав смеси высокоглиноземистого цемента очень мало известен по сравнению с портландцементом, и простой метод расчета недоступен. Основными вяжущими соединениями являются алюминаты кальция низкой основности; CA и C ₅ A ₃ .Другие соединения присутствуют в нескольких процентах, но свободной извести нет. Следовательно, в высокоглиноземистом цементе нет проблем с ненадежностью.

Производство глиноземистого цемента:

Используемое сырье — известняк или мел и бокситы. Бокситы — это остаточные месторождения, образованные в результате выветривания в тропических условиях горных пород, содержащих алюминий. Он состоит из гидратированного оксида алюминия, оксидов железа и титана с небольшим количеством кремнезема.

Два материала i.е. боксит и известь измельчаются на куски размером не более 100 мм. Образующиеся при дроблении пыль и мелкие частицы боксита цементируются в брикеты меньшего размера, так как пыль может увлажнять печь. Измельченный материал в необходимых пропорциях подается в мартеновскую печь, которая представляет собой комбинацию вагранки (вертикальная дымовая труба) и отражательной печи (горизонтального типа). Для сжигания используется угольная пыль. Вес угля составляет около 22% от веса произведенного цемента.

Влага и углекислый газ в печи удаляются, и материалы нагреваются горячими газами печи примерно до 1600 ° C, что является точкой плавления материалов.Плавление происходит в нижнем конце штабеля, и расплавленный материал попадает в отражательную печь, а оттуда через желоб в стальные поддоны. Расплавленный материал затвердевает в стальных поддонах в виде чушек. Он дробится во вращающемся охладителе и измельчается в трубной мельнице.

При измельчении все частицы железа отделяются магнитными сепараторами. Крупность этого цемента составляет порядка 2500 см ² / грамм до 3200 см ² / грамм, но ни в коем случае его удельная поверхность не должна быть меньше 2250 см ² / грамм.

Твердость клинкера глиноземистого цемента очень высока. Следовательно, потребляемая мощность и износ мельницы больше, чем у обычного портландцемента. Следовательно, из-за дороговизны мощности для измельчения боксита, высокой стоимости топлива для обжига материалов до высоких температур, стоимость этого цемента очень высока (примерно в три раза) по сравнению с обычным портландцементом.

Материалы, используемые при производстве высокоглиноземистого цемента, полностью расплавляются в печи. Из-за этого свойства обычного портландцемента и высокоглиноземистого цемента сильно различаются.При обсуждении обычного портландцемента было заявлено, что соединения глинозема в обычном портландцементе в основном ответственны за воздействие сульфатных растворов, но цемент с высоким содержанием глинозема, содержащий 40% глинозема, не подвержен такому воздействию. Это связано с тем, что в высокоглиноземистом цементе все материалы плавятся и свободная известь отсутствует, в то время как в случае обычного портландцемента это не так, то есть в обычном портландцементе имеется свободная известь.

Цемент с высоким содержанием глинозема никогда не следует смешивать или хранить вместе с обычным портландцементом, так как сочетание цемента с высоким содержанием глинозема вызовет схватывание обычного цемента.Свободная известь обычного цемента соединяется с алюминатами высокоглиноземистого цемента, образуя алюминат кальция. Этот состав расширяется и вызывает трещины в бетоне. Этот цемент известен под разными названиями в разных странах как Fondu во Франции, Lumonite в Великобритании и Lumonite в США

.

Гидратация высокоглиноземистого цемента (HAC):

Во время схватывания высокоглиноземистого цемента (HAC) важной реакцией является образование декагидрата моногидрата алюмината кальция (CAH ₁₀ ), октагидрата алюмината дикальция (C ₂ AH ₈ ) и оксида алюминия. гель (AHn).Эти алюминаты развивают высокую прочность в бетоне с высоким содержанием глинозема, но эти алюминаты нестабильны и постепенно превращаются в гексагидрат трикальцийоксида алюминия (C ₃ AH ₆ ) и гиббсит, которые более стабильны. Изменение состава высокоглиноземистых цементов приводит к потере прочности.

При изменении кристаллической формы с шестиугольной на кубическую выделяется много воды, что приводит к увеличению пористости бетона. То, как происходят эти изменения, зависит от соотношения вода / цемент, температуры и химической среды.Процесс изменения состава, приводящий к потере прочности и изменению кристаллической формы от гексагональной к кубической, называется ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ.

Разложение в химической реакции превращения CAH ₁₀ в C ₃ AH ₆ и гидрата оксида алюминия зависит от температуры. Чем выше температура, тем выше скорость преобразования. На него также влияет более высокая концентрация извести или повышение щелочности. Кроме того, чем выше соотношение вода / цемент, тем выше степень конверсии.

Это показано как:

CA + 10H → CAH ₁₀

3CAH ₁₀ → C ₃ AH ₆ + 2AH ₃ + 18H

Эта реакция высвобождает воду, необходимую для продолжения процесса конверсии. Таким образом, конверсия зависит как от температуры, так и от водоцементного отношения. Реакция превращения приводит к уменьшению объема твердых частиц и увеличению пористости, поскольку габаритные размеры образцов цементного теста или бетона остаются постоянными.

Эффект преобразования высокоглиноземистого цемента:

Конверсия высокоглиноземистого цемента приводит к потере прочности из-за того, что преобразованный кубический гексагидрат трикальцийоксида алюминия (C ₃ AH ₆ ) имеет более высокую плотность, чем непревращенный моноалюминат кальция декагидрат. гидрат (CAH ₁₀ ). Таким образом, если общий объем тела остается постоянным, то преобразование приводит к повышенной пористости пасты, что оказывает огромное влияние на прочность цементного теста или цементного бетона.

Потеря прочности из-за конверсии зависит как от температуры, так и от водоцементного отношения. При умеренном и высоком соотношении вода / цемент остаточная прочность настолько мала, что не может быть приемлемой для большинства структурных целей.

Даже при низком соотношении воды и металла конверсия увеличивает пористость настолько, что может легко произойти химическое воздействие. Таким образом, из-за эффектов преобразования HAC больше не используется для конструкционного бетона над или под землей, но это полезный материал для ремонтных работ с ограниченным сроком службы и для временных работ.

Вода гидратации высокоглиноземистого цемента составляет около 50% от веса сухого цемента, что примерно в 100 раз больше воды, необходимой для гидратации обычного портландцемента, но с высоким глиноземистым цементом с низким водоцементным отношением порядка 0,35 практично и действительно желательно.

Влияние температуры отверждения на высокоглиноземистый цемент:

Долгосрочные полевые исследования и эксперименты, проведенные в лаборатории, показали, что:

(a) Бетон, изготовленный из HAC с соотношением свободная вода / цемент менее 0.4 и хранится в воде при 18 ° C в течение всего начального периода отверждения и последующего срока службы, минимальная прочность будет достигнута примерно через 5 лет. Однако эта минимальная сила не будет значительно меньше однодневной силы.

(b) Если бетон, изготовленный с использованием HAC, хранится в воде при 18 ° C в течение 24 часов, а затем хранится в воде при 38 ° C, он быстро превращается в верхний предел и достигает минимальной прочности примерно через 90 дней. Однако эта сила значительно меньше дневной силы.

(c) Если бетон, изготовленный с использованием HAC, хранится в воде при 18 ° C в течение длительного периода, скажем, примерно до 8½ лет, а затем погружается в воду при 38 ° C, он быстро преобразует и ослабнет прочность до минимума, достигаемого для непрерывного хранения. при 38 ° С.

(d) Температура 38 ° C — это верхний предел температуры, который может развиться во время отверждения или при нормальном нагреве зданий. Следовательно, рекомендуется, чтобы конструкция высокоглиноземистого бетона была основана на минимальной прочности при температуре 38 ° C.

(e) Бетон с высокой степенью конверсии и высоким содержанием глинозема подвержен химическому воздействию в присутствии длительной влажности и химически агрессивных агентов. Этот риск может быть более серьезным для бетона с более высоким водоцементным соотношением.

Влияние водо-водяного отношения на потерю прочности на конверсию показано в следующей таблице 3.11:

Минимальное значение прочности после преобразования может быть принято, как показано в следующей таблице 3.12:

Физические свойства высокоглиноземистого цемента:

Цемент с высоким содержанием глинозема имеет черный цвет и имеет очень высокую скорость набора прочности. Около 80% его предельной прочности достигается в возрасте 24 часов. Даже 8 часов прочности достаточно для снятия опалубки. Высокая скорость набора силы обусловлена ​​быстрым увлажнением. Скорость его тепловыделения также очень высока.

Скорость выделения тепла составляет 9 калорий / час на грамм цемента (9 кал / г / час), тогда как для быстротвердеющего цемента скорость выделения тепла составляет (3.5 кал / г / ч), то есть в 2½ раза больше, чем у быстротвердеющего портландцемента. Однако общая теплота гидратации обоих цементов одинакова. Для обычного портландцемента скорость выделения тепла составляет 1,6 кал / ч на грамм.

Прочность на сжатие 1: 2: 4 бетона, приготовленного из высокоглиноземистого цемента, дает около 420 кг / см ² через 24 часа и 490 кг / см ^: через 3 дня. Его предел прочности также выше, чем у обычного цемента. Как указано выше, его тепловыделение очень быстрое и происходит примерно в первые 10 часов.

Высокая скорость выделения тепла делает этот цемент непригодным для массовых бетонных работ, но высокая скорость выделения тепла является большим преимуществом при укладке бетона в морозную погоду.

Время схватывания:

Цемент с высоким содержанием глинозема — медленно схватывающийся цемент. Его начальное время схватывания составляет от 4 до 5 часов, а окончательное время схватывания — примерно через 30 минут после первоначальной настройки. Время схватывания высокоглиноземистого цемента в значительной степени зависит от добавления гипса, извести, портландцемента и органических веществ.Таким образом, нельзя использовать никакие добавки. Для уменьшения времени схватывания этого цемента в него можно добавить 1-2% гашеной извести. Когда быстрое схватывание имеет жизненно важное значение, например, для остановки проникновения воды или временного строительства между приливами и т. Д., Используются смеси обычного портландцемента и высокоглиноземистого цемента в подходящих пропорциях, но предел прочности таких паст довольно низок.

В обычных бетонных конструкциях два цемента не должны соприкасаться друг с другом, так как в таких случаях произойдет схватывание.Быстрое схватывание или ускоренное время схватывания связано с образованием гидрата C ₄ A при добавлении извести из обычного портландцемента к алюминату кальция из высокоглиноземистого цемента. Также гипс, содержащийся в портландцементе, может реагировать с гидратированными алюминатами кальция и вызывать схватывание плоти.

Если необходимо укладывать слои двух цементов, их следует укладывать в разное время. Если первый слой уложен из высокоглиноземистого цемента, то слой портландцемента следует укладывать как минимум через 24 часа.Если первый слой выполнен из портландцемента, то бетон из высокоглиноземистого цемента следует укладывать через 3-7 дней. Также следует избегать заражения через растения или инструменты.

При одинаковом соотношении вода / цемент и равных пропорциях смеси бетон, изготовленный из высокоглиноземистого цемента, демонстрирует большую обрабатываемость, чем бетон из портландцемента, из-за того, что частицы высокоглиноземистого цемента имеют более гладкую поверхность, чем частицы портландцемента, в качестве сырья с высоким содержанием глинозема. цементный сплав полностью в топке.Во-вторых, высокоглиноземистый цемент имеет меньшую общую площадь поверхности 2500 см ² / до 3200 см ² / г.

Технология бетона:

Устойчивость к химическому воздействию:

1. Обладает высокой устойчивостью к воздействию сульфатов. Это связано с отсутствием Ca (OH) ₂ в гидратированном высокоглиноземистом цементе и, во-вторых, из-за защитного влияния относительно инертного геля, образующегося при гидратации.

2. Этот цемент не подвержен воздействию CO ₂ , растворенного в чистой воде.

3. Этот цемент не является кислотоустойчивым, но хорошо выдерживает очень разбавленные растворы кислот (значение pH более 3,5–4,0), присутствующих в промышленных сточных водах.

4. Этот цемент легко разрушается азотной, соляной или плавиковой кислотами.

5. Едкие щелочи даже в разбавленных растворах разрушают этот цемент с большой силой, растворяя гель глинозема.

6. Хотя этот цемент очень хорошо переносит морскую воду, но морскую воду нельзя использовать в качестве воды для замешивания.Использование морской воды в качестве воды для замешивания очень сильно влияет на схватывание и твердение цемента. Точно так же в этот цемент никогда не следует добавлять хлорид кальция.

Огнеупорные свойства высокоглиноземистого цемента:

Бетон с высоким содержанием глинозема — один из самых передовых огнеупорных материалов, но его характеристики варьируются в зависимости от диапазона температур. Между комнатной температурой и примерно 500 ° C бетон, изготовленный из высокоглиноземистого цемента, теряет прочность больше, чем бетон, сделанный из портландцемента, затем до 800 ° C два бетона сопоставимы, но при температуре выше 1000 ° C высокоглиноземистый цемент дает отличные характеристики.

Между 700 ° C и 1000 ° C происходят твердые реакции между цементом и мелким заполнителем. Эта реакция известна как керамическая связка, которая отвечает за повышение прочности высокоглиноземистого цементного бетона между 800 ° C и 1000 ° C. Скорость реакции увеличивается с повышением температуры.

Таким образом, бетон, изготовленный из высокоглиноземистого цемента и дробленого обожженного кирпича в качестве заполнителя, может выдерживать очень высокие температуры, скажем, до 1350 ° C. Температуры от 1350 ° C до 1500 ° C можно выдерживать с помощью специальных заполнителей, таких как плавленый оксид алюминия или карборунд.Бетон, изготовленный из специального белого алюминатного цемента с наполнителем из плавленого глинозема, может выдерживать температуру до 1800 ° C в течение длительного времени. Этот цемент содержит 70-80% Al ₂ O ₃ (глинозем) 20-25% извести и около 1,0% железа и кремнезема. Его состав достигает C ₃ A ₅ . Однако цена его очень высока.

Огнеупорный бетон из высокоглиноземистого цемента обладает хорошей стойкостью к воздействию кислоты. Химическая стойкость увеличивается при обжиге при 900 ° C до 1000 ^o C.Как только бетон затвердеет, его можно использовать, то есть предварительно обжигать его нельзя. Огнеупорный кирпич расширяется при нагревании, поэтому он требует создания компенсационных швов, в то время как бетон с высоким содержанием глинозема можно заливать монолитно или с швами только точно до требуемого размера и формы. Таким образом, огнеупорный бетон с высоким содержанием глинозема может выдерживать значительные термические удары. Огнеупорная футеровка может быть изготовлена ​​дробеструйным способом из высокоглиноземистого цементного раствора.

В целях изоляции, когда ожидается повышение температуры до 950 ° C, можно с успехом использовать легкий бетон, изготовленный из высокоглиноземистого цемента и легких заполнителей.Плотность и теплопроводность этого бетона составляют от 500 до 1000 кг / м ³ и от 0,21 до 0,29 Дж / м ² с. ° C / м.

Развитие прочности для цементных растворов на основе алюмината кальция, смешанных с GGBS

В настоящем исследовании было исследовано развитие прочности различных смесей алюминатно-кальциевых цементных смесей (CAC) с гранулированным измельченным доменным шлаком (GGBS). Уровни замещения GGBS составили 0, 20, 40 и 60% по массе связующего, из которых САС, использованный в этом исследовании, естественно, содержал клинкер C ₂ AS в качестве вторичной фазы.Чтобы активировать гидравлический характер фазы, в дополнение к минеральной добавке, все образцы выдерживали при 35 ± 2 ° C в течение первых 24 часов, а затем хранили в камере с влажностью 95% при 25 ± 2 ° C. Сопротивление проникновению свежего раствора измеряли сразу после заливки, а прочность раствора на сжатие отслеживали в течение 365 дней. Одновременно для оценки кинетики гидратации в раннем возрасте с точки зрения тепловыделения калориметрический анализ проводился в изотермических условиях (35 ° C) в течение 24 часов.Поведение гидратации в долгосрочной перспективе было охарактеризовано дифракцией рентгеновских лучей, которая была подтверждена микроскопическими наблюдениями с использованием сканирующей электронной микроскопии с энергодисперсионной спектроскопией. Кроме того, исследование поровой структуры сопровождалось количественной оценкой пористости. В результате было обнаружено, что увеличение содержания GGBS в смеси привело к увеличению времени схватывания, а также к общему выделению тепла в течение 24 часов на нормированных калориметрических кривых. Кроме того, нарастание прочности миномета постоянно увеличивалось до 365 суток, что составляло 43.8–57,5 МПа для смесей из-за образования стратлингита, который был идентифицирован при отверждении паст в течение 365 дней с помощью химического и микроскопического анализа. Однако замена GGBS не повлияла на распределение пор по размерам в цементной матрице, за исключением общего объема проникновения.

1. Введение

Цемент на основе алюмината кальция (CAC), в основном состоящий из алюмината монокальция (CA), использовался в строительной промышленности с конца 19-го и начала 20-го веков после патентования в 1908 году Дж.Бид [1–3]. Хотя изначально он был разработан для повышения устойчивости к агрессивным ионам (сульфатам и хлоридам) в качестве альтернативы портландцементу, быстрое развитие прочности в раннем возрасте (в течение 24 часов) привело к его применению на военных объектах во время Первой мировой войны, в результате чего в производстве различных типов САУ [1–3]. В настоящее время использование CAC в конкретных областях широко используется, в том числе в качестве огнестойкого материала в огнеупорных материалах [4–6], высокой стойкости к химическому разложению в промышленных полах и сточных водах [7–9]. , быстрое схватывание и затвердевание цементного раствора в футеровке туннелей [1], а также стойкость к истиранию в водосбросе гидроплотины [7].Кроме того, способность быстро набирать прочность даже при более низких температурах ниже 0 ° C делает возможным бетонирование в холодную погоду [10]. В последнее время растет интерес к использованию САС с расширяющими добавками в качестве ремонтного материала [11, 12].

Несмотря на высокие характеристики, конструктивное использование CAC в строительстве столкнулось с серьезной проблемой — потерей прочности из-за процесса преобразования; продукты метастабильной гидратации (CAH ₁₀ и C ₂ AH ₈ ) термодинамически преобразуются в стабильные (C ₃ AH ₆ и AH ₃ ) в зависимости от режимов отверждения и возраста следующим образом [ 1,10,13–16]:

Кубические фазы C ₃ AH ₆ и AH ₃ имеют более высокую плотность при гидратации CAC; следовательно, пространство, заполненное гексагональными фазами низкой плотности CAH ₁₀ и C ₂ AH ₈ , которые обеспечивают высокую начальную прочность, будет уменьшено после процесса преобразования, что приведет к внезапному снижению прочности [ 1, 13].Во многих предыдущих исследованиях [17–20] сообщалось, что долговременные свойства бетона CAC показали пониженную прочность по сравнению с прочностью в раннем возрасте. Были предприняты некоторые меры предосторожности для предотвращения / исключения превращения метастабильных гидратов с использованием химических и минеральных примесей, чтобы преодолеть это беспокойство по поводу нестабильности свойств с течением времени. Falzone et al. [21] недавно исследовали эффект обхода конверсии нитрата кальция, добавленного в пасту CAC, на основе механизма термодинамической селективности, но большинство исследований было сосредоточено на замещении кремнийсодержащих материалов в системе связующих на основе CAC [22–31 ].

Миджли и Рао [22] подняли вопрос о влиянии стратлингита на механические свойства высокоглиноземистого цемента (HAC) и предположили, что возможное образование гидрата C ₂ ASH ₈ компенсирует пониженную прочность на сжатие после преобразования при нормальных условиях. температура (20 ° С). Было подтверждено Majumdar и соавторами [23, 24], что образование гидрата C ₂ ASH ₈ улучшило развитие прочности для двух типов коммерческих CAC (Ciment Fondu и Secar 71), замененных GGBS в 50% -ном весе. связующего, при 20 и 40 ° С.Кроме того, авторы исследовали свойства CAC с различными пуццолановыми материалами, такими как природный пуццолан и метакаолин, и пришли к выводу, что замена кремнеземистых материалов в CAC улучшает развитие прочности и устойчивость к сульфатам в зависимости от типов связующего и степени их замены, что может повлиять различный уровень кремнезема в растворе [25]. О способности силикат-ионов генерировать стратлингит в бинарной системе на основе CAC, состоящей из летучей золы или микрокремнезема, также сообщалось в предыдущих исследованиях [26–30].Кроме того, Gosselin et al. [28] провели наблюдение за развитием микроструктуры CAC, содержащего клинкер C ₂ AS в качестве вторичной фазы, и продемонстрировали, что более высокие температуры отверждения (выше 38 ° C) в течение первых 24 часов вызывают образование C ₂ ASH ₈ гидратов даже в раннем возрасте, что, в свою очередь, привело к уплотнению матрицы.

Однако большинство исследований [22–25] сосредоточено на превращении метастабильных гидратов в C ₂ ASH ₈ в присутствии реактивных силикатов с использованием Ciment Fondu, состоящего из клинкера CA в качестве основной гидравлической фазы. .В противном случае, только поведение гидратации было выявлено при использовании цементного теста, изготовленного из САС, содержащего клинкер C ₂ AS, который мог непосредственно производить стрэтлингит [26–30]. Таким образом, в этом исследовании для оценки влияния замены GGBS на механические свойства строительного раствора смесей CAC-GGBS, развитие прочности было исследовано по времени схватывания и прочности на сжатие. Прочность смесей CAC-GGBS, отвержденных при заданном режиме, контролировали в течение 365 дней. Одновременно были выполнены изотермическая калориметрия и рентгеноструктурный анализ для определения поведения гидратации, в частности, для образования стратлингита и его влияния на смягчение реакции превращения в раннем и долгосрочном возрасте, морфология фазы которой была изменена. исследуют с помощью сканирующей электронной микроскопии.Кроме того, распределение пор было исследовано по объему ртути, введенной в образец, чтобы подтвердить модификацию структуры пор, возникающую в результате замены GGBS в CAC. Использовали CAC, содержащий 52,0% Al ₂ O ₃ в цементе, из которых естественно встречалась фаза C ₂ AS.

2. Экспериментальные работы

Для оценки влияния образования гидрата алюминатов кальция, содержащих силикаты (т.е. стрэтлингита, C ₂ ASH ₈ ), в процессе гидратации на основные свойства строительного раствора САС, три уровня: Замены в GGBS (20, 40 и 60% от веса цемента) были использованы в этом исследовании.Оксидный состав связующих, определенный с помощью рентгеновской флуоресценции (XRF), и пропорции смесей для образцов приведены в таблицах 1 и 2, соответственно, а также кривые XRD материалов показаны на рисунке 1. Все образцы для экспериментов были изготавливались без каких-либо примесей, чтобы избежать влияния химического воздействия на матрицу САС, и поддерживались на уровне 0,4 от общего W / C. Основываясь на том факте, что CAC может достичь 80 процентов предельной прочности в течение 24 часов из-за быстрой гидратации [1–3] и ускорить образование гидрата C ₂ ASH ₈ в системе смесей пуццолана при температуре выше 30 ° C от температуры отверждения [32], образцы отверждали в камере влажности (относительная влажность 95%) при 35 ± 2 ° C в течение 24 часов и после этого хранили в камере при 25 ± 2 ° C для моделирования умеренной ситуации в течение 364 дня.Поскольку повышенные температуры во время испарения свободной воды из пор в матрице (т. Е. Метод остановки гидратации) могут способствовать превращению гексагональных фаз в кубические, образцы погружали в изопропанол на 7 дней в низкотемпературной камере (ниже 0 ° C), который затем помещали в вакуум-эксикатор для удаления остаточного растворителя и / или воды из образца перед измерением.

2,1. Измерение тепловыделения

Изотермическая калориметрия — полезный метод исследования кинетики процесса гидратации, при котором тепловой поток непосредственно измеряется и отслеживается в течение заданного времени в контролируемых условиях. Приблизительно 10 г предварительно смешанного сухого порошка в заданных пропорциях (таблица 2) помещали в стеклянную ампулу для смешивания и помещали в калориметр.Затем из шприцевой системы впрыскивали дистиллированную воду, эквивалентную 0,4 общего отношения воды к связующему, и непрерывно перемешивали в течение всего испытания. Скорость выделения тепла в изотермических условиях (35 ° C) измеряли и записывали в течение 24 часов с использованием трехканального воздушного калориметра и термостата TAM (TA Instruments). Общее тепловыделение образца рассчитывали путем интегрирования кривой скорости для заданного времени. После получения калориметрических результатов его нормализовали по массе содержания САС, чтобы определить влияние САС исключительно на скорость тепловыделения и его совокупное значение при заданном W / B.

2.2. Испытание на прочность

Свежий строительный раствор с пропорцией 1,00: 0,40: 2,45 для цемент: вода: песок был смешан и затем помещен в призменную форму (100 × 100 × 400 мм) для определения сопротивления проникновению с течением времени, которое впоследствии измеряли с помощью серии стандартных игл (Ø4,52, 6,4, 9,1, 14,3, 20,2 и 28,6 мм) в различные промежутки времени [33]. Испытание проводилось в комнатной камере при температуре 35 ± 2 ° C и относительной влажности 95%. После получения зависимости между сопротивлением проникновению и времени, которое было подогнано подходящей функцией (обычно экспоненциальной), время схватывания было определено, предполагая, что начальная и конечная наборы были определены как время, необходимое для достижения точки 3.4 и 27,5 МПа против сопротивления пробиванию соответственно.

Для наблюдения за развитием прочности на сжатие образцы раствора были изготовлены в кубической форме (50 × 50 × 50 мм) с равной пропорцией смеси для испытания на сопротивление проникновению. После заливки образцы раствора предварительно затвердели в камере с относительной влажностью 95% при 35 ± 2 ° C в течение 24 часов, а затем извлекли из формы. В свою очередь, образцы хранили в камере при 25 ± 2 ° С в течение 364 суток. Прочность на сжатие образцов раствора измеряли в разном возрасте (1, 7, 28, 98, 180 и 365 дней).Повторение каждой смеси для прочности на сжатие строительного раствора было шесть, и их среднее значение было взято при построении графика изменения для данного возраста.

2.3. Идентификация продуктов гидратации

Чтобы наблюдать образование продуктов гидратации с течением времени, образцы пасты были изготовлены в тонкой форме (10 × 50 × 50 мм), которая имела бы меньший потенциал для преобразования метастабильных гидратов (CAH ₁₀ и C ₂ AH ₈ ) на стабильные (C ₃ AH ₆ и AH ₃ ) в результате самонагрева при ранней гидратации.Все пасты держали на уровне 0,4 W / B. После отверждения в течение 1, 98 и 365 дней с помощью процедуры, идентичной процедуре образца строительного раствора на прочность на сжатие, образцы адаптировали метод остановки гидратации, а затем раздробили / измельчили для получения образца пыли, который, в свою очередь, был просеян с фильтром 75 мкм. м сито. Затем образец порошка хранился в вакуумном эксикаторе, чтобы избежать реакции карбонизации перед измерением. XRD-тест проводился на дифрактометре D / MAX-2500 (Rigaku Corp.) с использованием излучения Cu K α 1 с длиной волны 1,54 Å. Диапазон сканирования составлял от 5 до 45 ° 2 θ при скорости сканирования 4 ° мин. Присутствие продуктов гидратации на кривой XRD было подтверждено с помощью программного обеспечения Jade 9.5 с базой данных PDF-2 Международного центра дифракционных данных (ICDD).

2.4. Исследование структуры пор

Чтобы проверить влияние замены GGBS на структуру пор матрицы в системе смесей в заданном возрасте, была проведена порозиметрия проникновения ртути (MIP) с использованием идентичных образцов раствора на прочность на сжатие.После 365 дней отверждения строительные растворы измельчали ​​до куска размером примерно 1 см ³ с последующим удалением остаточной воды с помощью растворителя на спиртовой основе при низкой температуре. Затем образцы хранились в вакуумном эксикаторе для полного удаления / испарения свободной воды перед испытанием. В данном исследовании использовалось оборудование Autopore IV 9500 (Micromeritics Instrument Corp.) с двумя устройствами, к которым применялось низкое давление ртути до 0,2 МПа с использованием газообразного азота для измерения большой пористости, а затем давление постепенно повышалось до 227. .5 МПа для маленького. Угол смачивания и поверхностное натяжение ртути были приняты равными 130 ° и 485 × 10 ^-3 Н / м соответственно. Диаметр пор, который был рассчитан по уравнению Уошберна при заданном давлении (уравнение (3)), был нанесен на кумулятивную и логарифмическую кривые проникновения, соответственно: где — диаметр поры (м), — поверхностное натяжение ртути. (Н / м), — угол контакта ртути с образцом (°), — приложенное давление (МПа).

2.5. Наблюдение морфологии под микроскопом

Анализ с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) широко используется для изучения морфологии фаз, и одновременно элементный анализ фаз может быть возможен с использованием метода энергодисперсионной спектроскопии (EDS). Пасту смесей CAC-GGBS, идентичную рентгеновскому тесту, измельчали ​​на кусок 1-2 см ² , который затем погружали в изопропанольный растворитель на 7 дней в охлаждающей камере при температуре ниже 0 ° C.Эта процедура позволила удалить свободную воду из образца, сохранив продукты гидратации неизменными во время обработки, останавливающей гидратацию. После хранения в вакуумном эксикаторе для испарения остаточной воды / растворителя на поверхности в течение 2 дней образец помещали / фиксировали на металлической пластине и покрывали платиной. Микроскопические наблюдения проводились с помощью FE-SEM с использованием S-4800 (Hitachi) с инструментальными параметрами, которые включали ускоряющее напряжение 15 кВ, рабочее расстояние 11–13 мм и увеличение × 10 000 в сочетании с анализатором EDS. для химического анализа.Измерения на каждом образце проводились 30 раз, и каждый спектр собирался до тех пор, пока время экспозиции не достигло 1000 отсчетов по интенсивности.

3. Результаты и обсуждение

3.1. Развитие теплоты гидратации

Тепловой поток и его совокупные кривые для смесей CAC и GGBS при 35 ° C изотермических условий в течение 24 часов, из которых цемент был частично заменен GGBS (0, 20, 40 и 60 %), показаны на рисунке 2. Очевидно, что замена GGBS имела решающее значение для всех смесей CAC-GGBS в кинетике гидратации; увеличение содержания ГГБС в системе связующего привело к снижению общего количества тепла, выделяемого за 24 часа.Например, CAC 100 получил наибольшее значение 334,1 Дж / г в совокупном тепловыделении за 24 часа, в то время как CAC 80, 60 и 40 показали 283,6, 252,9 и 179,1 Дж / г, соответственно. Однако первый пик скорости выделения тепла, во время которого концентрация Ca ²⁺ и ионов будет достигнута на максимальном уровне в растворе [10], показал незначительную разницу между смесями CAC-GGBS. Фактически, на раннюю гидратацию CAC может повлиять нехватка доступной воды, пространства и реагента.Gosselin et al. [28] исследовали гидратационное поведение CAC при изотермических температурах 20, 38 и 70 ° C с помощью калориметрии и рентгеноструктурного анализа и обнаружили, что первичная реакционная фаза (т.е. CA) все еще существует после достижения основного пика калориметрической кривой кроме случая 70 ° C. Более того, из экспериментальных работ Идекера [34] было обнаружено, что химическая усадка CAC (обозначенная как GCX) показывала тенденцию к конвергенции в изотермических условиях (20 и 38 ° C), до которых изменение воды в пластиковом флаконе приблизился к максимальному уровню, соответствующему массовому выпадению гидратов.Эти результаты означают, что избыток воды в матрице будет доступен после начального процесса гидратации. Основываясь на этих наблюдениях, можно предположить, что гидратация CAC в начальные периоды определяется доступным пространством в матрице, и, кроме того, предположить, что замена GGBS на CAC позволяет дальнейшую гидратацию в данном возрасте. Эта гипотеза была подтверждена предыдущими исследованиями [29, 32] о том, что система смесей САС, замененная связующим с более низкой плотностью, проявляла более экзотермическую реакцию по сравнению с одной САС.Это явление гарантировало, что калориметрическая кривая в настоящей работе была нормализована по содержанию САС, как показано на рисунке 3. Преобразованные кривые для теплового потока показали зависимость замены GGBS от начальной реакции смеси CAC-GGBS, из которой увеличение содержание GGBS в системе привело к увеличению скорости тепловыделения в течение 2 часов. Кроме того, кривая кумулятивного нагрева была увеличена с увеличением замещения GGBS в смеси, из которых CAC 40 дал наивысшее значение 447.8 Дж / г для общего тепла, выделяемого за 24 часа.

3.2. Фазовый состав

Продукты гидратации пасты смесей CAC-GGBS при заданном режиме отверждения были исследованы методом дифракции рентгеновских лучей с указанием возраста отверждения, как показано на рисунке 4. Идентификация фаз проводилась на основе кристаллографических данных. данные ICDD. На кривые XRD пасты CAC влияло присутствие GGBS в смеси. Гексагональная фаза C ₂ AH ₈ преимущественно образовывалась за 1 день, независимо от типа смеси, но C ₃ AH ₆ и AH ₃ были обнаружены только в случае CAC 100.При длительной гидратации было ясно показано, что превращение C ₂ AH ₈ в кубические фазы (т.е. C ₃ AH ₆ и AH ₃ ) ограничивается замещением GGBS в САС. Через 28 дней отверждения CAC 100 показал большое увеличение пиковой интенсивности для гидратов C ₃ AH ₆ и AH ₃ , что привело к исчезновению C ₂ AH ₈ , что означает метастабильную гидраты полностью преобразованы.Напротив, бинарная система CAC и GGBS показала исчезнувший гидрат C ₂ AH ₈ , но одновременно образование гидрата C ₂ ASH ₈ , в зависимости от содержания GGBS в CAC. Фактически, CAC, содержащий более высокое содержание SiO ₂ (4-5%), естественно, обладает количеством фазы C ₂ AS, которая имеет низкие гидравлические свойства при нормальных температурах (ниже 20 ° C) [29]. Однако Госселин [32] заметил, что гидратация C ₂ AS в комплексе C ₂ AH ₈ и C ₃ AH ₆ (т.е.е., образцы, отвержденные при 38 и 70 ° C) привели к осаждению гидрата C ₂ ASH ₈ даже в раннем возрасте. Более того, в присутствии пуццолановых материалов (GGBS, PFA и SF) в смеси CAC образование гидрата C ₂ ASH ₈ может быть ускорено за счет выделения реактивного кремнезема в раствор, который, в свою очередь, реагирует с гидратами алюминатов кальция в соответствии со следующими уравнениями [27]:

Эту реакцию можно контролировать с помощью количества силикат-ионов в растворе (т.е.е. поведение кремнеземистых материалов при растворении). Поскольку повышенное содержание GGBS более вероятно для образования силикат-ионов в процессе гидратации, образование гидрата C ₂ ASH ₈ будет способствовать при данных условиях. Однако повышенное содержание GGBS будет сопровождать снижение содержания гидравлических фаз в системе связующего, и одновременно большие количества непрореагировавшего GGBS в матрице могут препятствовать дальнейшей гидратации в долгосрочной гидратации, блокируя контакт частиц CAC. с водой, что приводит к низкой прочности CAC.Это явление будет обсуждаться в следующем разделе.

3.3. Развитие прочности

Кривые сопротивления проникновению свежих смесей CAC-GGBS в зависимости от времени представлены на рисунке 5, из которых начальное и конечное время схватывания были получены из наиболее подходящей кривой в виде экспоненциальной функции (). Было показано, что время схватывания зависит от коэффициента замены GGBS; Увеличение содержания GGBS в системе связующего привело к увеличению времени начальной и конечной схватывания соответственно, за исключением случая CAC 80.Например, CAC 100 показал быструю настройку, из которых время для достижения начальной и конечной сетов составило 185 и 230 минут, соответственно, в то время как CAC 40 показало 133 минуты и 204 минуты, соответственно. Примечательно, что CAC 40 получил наивысшее значение времени схватывания (188 и 240 минут для начального и конечного наборов соответственно). Поскольку процесс гидратации в CAC регулируется концентрацией Ca ²⁺ и ионов в растворе, количество гидравлической фазы и ее растворимость могут влиять на схватывание и твердение матрицы в раннем возрасте [32, 34].Более того, замена цемента дополнительными вяжущими материалами, такими как GGBS и PFA, будет стимулировать гидравлическую реакцию в системе смесей, производя больше места и воды для гидратации [32]. С помощью изотермического калориметрического анализа в этом исследовании было подтверждено, что кривая общего тепла, выделяемого за 24 часа, которая была нормализована по содержанию CAC, показала наиболее высокое значение по сравнению со случаем CAC 100. Фактически, поскольку GGBS имеет более низкой плотности, чем CAC, увеличение содержания GGBS в системе CAC-GGBS приводит к увеличению среднего объема при данной массе, тем самым обеспечивая больше доступного пространства для гидратации.Кроме того, относительное содержание воды для частиц САС (то есть отношение W / C) увеличивается с более высоким содержанием GGBS в бинарной системе. Следовательно, химически активные зерна (то есть клинкер СА) в цементе с большей вероятностью вступят в реакцию с водой с образованием продуктов гидратации САС на ранней стадии гидратации. Однако было незначительное влияние замены GGBS на время схватывания для случая CAC 80.