Алюминатные цементы.

Алюминатные цементы могут быть глиноземистыми и высокоглиноземис-тыми. Условное обозначение цемента вклю­чает: а) указание вида цемента — гли-ноземистый цемент (ГЦ), высокоглиноземистый цемент I (ВГЦ1); высокогли-ноземистый цемент II (ВГЦП); высокоглиноземистый цемент III (ВГЦШ); б) марку цемента (только для ГЦ и ВГЦ II); в) обозначение стандарта — ГОСТ 969-91.

Допускается введение в состав цементов технологических добавок, не ухуд-шающих их свойства: не более 2% массы гли­ноземистых цементов, не более 0, 2% массы высокоглинозе­мистых цементов.

Глиноземистый цемент — быстротвердеющее и высоко­прочное гидравли-ческое вяжущее, состоящее в основном из моноалюмината кальция (СаО ∙ А1, О₃). Свое название этот цемент получил от технического названия оксида алюминия А1₂О₃ — глинозема. Сырьем для глиноземистого цемента служат бокситы и изве-стняки. Химический состав глиноземистого цемента, получаемо­го различными методами, следующий: СаО - 35-45%; А1₂О₃ - 30-50%; Fе₂O₃ - 0-15%; SiO₂ - 5-15%. В минеральном составе клинкера глиноземистых цементов преобладает од-нокальциевый алюминат СаОА1, 0₃ (СА), определяющий основные свойства этого вяжущего.

Процесс твердения глиноземистого цемента и прочность образующегося це-ментного 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.

Если же температура твердеющего глиноземистого цемента превысит 25-30 °С, то процесс твердения изменяется и вмес­то С₂АН₃ образуется С₃АН₆; при этом прочность цементного камня будет ниже в 2-2, 5 раза. Поэтому глиноземи-стый це­мент не рекомендуется использовать для бетонирования мас­сивных конст-рукций, где возможен саморазогрев бетона, а так­же в условиях жаркого климата. Изделия на глиноземистом цементе нельзя подвергать тепловой обработке. При ра-ботах в зимних условиях, напротив, саморазогрев и быстрое тверде­ние делают гли-ноземистый цемент очень перспективным.

Глиноземистый цемент выпускают марок 400, 500 и 600, определенных в трехсуточном возрасте, но уже через одни сутки образцы набирают прочность при сжатии, составляющую более половины своей марки, 22, 5, 27, 4, 32, 4 МПа соотве-тственно. Усадка глиноземистого цемента при твердении на воздухе ниже, чем у портландцемента в 3-5 раз; пористость цемент ного камня ниже примерно 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%).

Применение. Глиноземистый цемент целесообразно ис­пользовать при аварий-ных и срочных работах, при зимнем бе­тонировании и в тех случаях, когда от бетона требуются высо­кая водостойкость и водонепроницаемость.

Специальная область применения глиноземистых и высо­коглиноземистых цементов — жаростойкие бетоны. Объясня­ется это тем, что, во-первых, в проду-ктах твердения этого це­мента отсутствует Са(ОН) ₂ (при нагреве переходит в СаО, ко­торый при контакте с водой гасится с увеличением объема) и, во-вторых, при высокой температуре (700-800 °С) между про­дуктами твердения цемента и наполнителями бетона начина­ются реакции в твердой фазе, по мере протекания ко-торых прочность бетона не снижается, а повышается, так как бетон превращается в керамический материал.

Высокоглиноземистый цемент ВГЦ-I, ВГЦ- II и ВГЦ- III с содержанием ок-сида Al₂О₃ 60, 70 и 80% обладает огнеупорно­стью ≥ 1580, 1670 и 1750°С. Мар-ку высокоглиноземи­стого цемента, как и глиноземистого ГЦ, определяют в возра­сте трех суток. Предел прочности при сжатии МПа в этом воз­расте составляет 35 для марки ВГЦ I, не менее 25-35 для це­мента ВГЦ II и не менее 25 для марки ВГЦ III 25.

Расширяющиеся цементы/

Глиноземистый цемент является компонентом многих рас­ширяющихся цеме-нтов, которые даже при твердении на воз­духе имеют небольшое увеличение в объеме. Безусадочные цементы — это расширяющиеся цементы, у которых рас-ши­рение только компенсирует усадку. Поэтому такие цементы как бы сами уплот-няют себя, делая бетон водонепроницаемым. Если расширяющиеся цементы исполь-зуются в железобетон­ных конструкциях, то эффект расширения вяжущего может вызывать натяжение арматуры и сжатие самого бетона, что дополнительно защи-тит его от образования трещин. Такие цементы называют напрягающими.

Эффект расширения вяжущего может быть достигнут с помощью образова-ния эттрингита — гидросульфоалюмината кальция при взаимодействии алюми-натов и сульфатов в вод­ной среде: 3СаО ∙ А1₂О₃ ∙ 3CaSO₄(31-32)H₂O.

Расширяющийся водонепроницаемый цемент (ВРЦ) полу­чают совместным помолом глиноземистого цемента (70%), гипса (20%) и высокоосновного гид-роалюмината кальция С₄АН₁₃ (10%), он является быстросхватывающимся и бы-стротвердеющим гидравлическим вяжущим веществом (R_cж через 6 ч — не ме-нее 7, 5 МПа, через 3 суток — не ниже 30 МПа). Линейное расширение твердею-щего цемента на воздухе составляет в воз­расте 1 суток не менее 0, 05%. Цемент ис-пользуют при восста­новлении железобетонных конструкций, для гидроизоляции под­земных сооружений, зачеканки трещин и стыков.

Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент получают совместным помо-лом высокоглиноземистых шлаков (70%) и двуводного гипса (30%). Гипсогли-ноземистый расширяющийся цемент имеет начало схватывания не ранее 20 мин и конец схватывания не позднее 4 ч от начала затвердевания. Линейное ра-с­ширение твердеющего цемента в состоянии теста нормальной густоты при твер-дении на воздухе составляет в возрасте 28 су­ток не менее 0, 1%. Предел проч-ности при сжатии через 1 сут­ки твердения — 35 МПа для марки 400 и 45 МПа для марки 500. Марки цемента соответствуют прочности в трехдневном возрас-те. Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент при­меняют для получения безуса-дочных и расширяющихся водо­непроницаемых бетонов, гидроизоляционных штука-турных ра­створов, при бурении скважин и т. п. Он обладает морозо- и атмосферо-стойкостью в растворах и бетонах, изготовляемых на его основе.

Напрягающийся цемент (НЦ) получают совместным по­молом клинкера по-ртландцемента (65-75%), двухводного гипса (6-10%) и высокоглиноземистого компонента (13-20%). Сро­ки схватывания: начало — не ранее 30 мин, конец — не по­зднее 4 ч. Прочность через 1 сутки — не менее 15 МПа, через 28 суток — не менее 50 МПа.

Напрягающий цемент обладает способностью к значитель­ному расширению (до 4%) при твердении в состоянии цемент­ного теста нормальной густоты. В же-лезобетоне НЦ создает после отвердевания в арматуре предварительное напряже-ние. Марки цемента (400 и 500) определяются испытанием образцов — балочек из цементно-песчаного раствора состава 1: 1 в возрасте 28 суток. Напрягающий цемент применяют для изготовления кон­струкций из самонапряженного железобе-тона, а также для гид­роизоляции шахт, подвалов, зачеканки швов и т. д.

Перспективная область применения бетонов и растворов на расширяющих-ся и безусадочных вяжущих — бесшовные тонкослойные стяжки или лицевые покрытия полов большой площади. С помощью полимерных модификаторов таким смесям придают свойство самовыравнивания, а эффект безусадочности гарантирует трещиностойкость покрытия.