Где применяют глиноземистый цемент?

Технические характеристики

Технические характеристики глиноземистого цемента колеблются в зависимости от того, к какой марке он принадлежит. Согласно ГОСТ 969-91, разработанному еще в 70-х годах, по прочности такой цемент подразделяют на ГЦ-40, ГЦ-50 и ГЦ-60. Также пропорции тех или иных веществ в составе зависят от того, каких свойств нужно добиться и в какой области будет использоваться цемент. Не имеет смысла приводить здесь химические формулы веществ, входящих в состав цемента, но для сравнения стоит сказать, что в обыкновенном глиноземистом цементе содержится от 35% до 55% бокситов, в то время как в высокоглиноземистом огнеупорном – уже от 75% до 82%. Как видно, разница существенная.

Что касается технических свойств, то хоть глиноземистый цемент и представляет собой быстротвердеющий вариант, однако это не должно влиять на скорость его схватывания. Согласно правилам и нормам, она должна составлять как минимум 30 минут, причем полное схватывание происходит по истечении 12 часов после нанесения (максимально). Поскольку материал имеет особую кристаллическую структуру (все кристаллы в веществе крупные), то он мало подвержен деформационным изменениям, в связи с чем и можно с уверенностью говорить о его безусадочности и относительно небольшой массе.

Различаются варианты по характеристикам и в зависимости от способа их производства. Всего представлено только два метода: плавление и спекание.

Каждый из них имеет свою специфику.

По-научному первый способ называется методом плавления сырьевой шихты. Он подразумевает несколько этапов, каждый из которых заслуживает пристального внимания. Для начала необходимо подготовить исходное сырье. После этого цементную сырьевую шихту плавят и постепенно охлаждают, внимательно следя за температурными показателями для обеспечения наилучших прочностных характеристик. В заключение полученный высокопрочный шлак дробят и измельчают, получая глиноземистый цемент.

Технические параметры глиноземистого цементного состава могут варьироваться в достаточно широких пределах (это касается и химических формул вещества), но это не должно существенно сказываться на его основных характеристиках, таких как быстрота затвердевания, прочность, влагостойкость, устойчивость к деформациям. Если при изготовлении не была соблюдена технология, и часть перечисленных характеристик утеряна, то материал считается бракованным и не подлежит дальнейшей эксплуатации.

Сфера использования

Цемент глиноземистый применяется при выполнении работ, связанных с промышленным строительством, а также в других отраслях. Материал характеризуется способностью выдерживать повышенные до 1300 градусов Цельсия температуры, сохраняя прочностные свойства, устойчивость к воздействию агрессивных факторов.

Цемент глиноземистый является вяжущим прочным веществом, используемым для жаростойких и строительных растворов, отличающийся быстрым затвердеванием на воздухе и в воде

Состав применяется для выполнения следующих задач:

• строительства транспортных магистралей, мостов при ограничении времени выполнения строительных работ, когда прочностные характеристики бетона должны быть достигнуты через 2-3 суток;
• аварийно-восстановительных работ, связанных с устранением последствий аварий, восстановлением строительных объектов, сооружений;
• возведения оборонительных конструкций, транспортных сооружений стратегического характера;
• выполнения мероприятий, связанных с возведением и ремонтом гидротехнических объектов (плотин, дамб, набережных, портов), регулярно подвергающихся воздействию агрессивной водной среды;
• осуществления зимой работ, связанных с возведением бетонных, железобетонных конструкций, что обусловлено повышенным выделением тепла, ускоренным твердением при отрицательной температуре;
• ускоренного строительства площадок для оборудования, фундаментов;
• оперативного выполнения монтажных и ремонтных мероприятий;
• ускоренной фиксации элементов анкерных креплений;
• герметизации скважин, полостей, связанных с повышенным давлением жидкой среды;
• изготовления жаростойкого бетона, температурные характеристики которого позволяют обеспечивать эксплуатацию при температуре до 1, 7 тысяч градусов Цельсия.;
• заделки пробоин в морских судах.

Технические характеристики

При выработке глиноземистых смесей, производители руководствуются требованиями ГОСТ:

• ГОСТ 11052-74 регулирует цемент гипсоглиноземистый расширяющийся. Технические характеристики данного материала зависят от пропорции бокситов, в данном случае — до 55%;
• Обычные глиноземистые составы марок 40, 50 и 60, а также высокоглиноземистый цемент, производят на основании ГОСТ 969-91. Содержание бокситов колеблется от 35% для стандартных типов материала и до 82% для цементов с повышенным содержанием бокситов в формуле смеси.

В зависимости от марки цемента, материал должен соответствовать следующим параметрам:

• прочность при сжатии — от 22,5 до 32,4 МПа в течение первых 24 часов;
• начало схватывания состава —от 30 до 45 минут;
• конец твердения наступает от 10 до 15 часов;
• огнеупорность — от 1580 до 1750°С;
• начало схватывания высокоглиноземистых марок наступает раньше, но набор прочности длится дольше;
• разновидности, относящиеся к расширяющимся составам, не дают обычной усадки, а наоборот — происходит увеличение объема в пределах 1%;
• один кубометр сухого цемента весит 0,85-1,1 тонны.

Маркировка

Как было сказано выше, согласно ГОСТу выделяют три марки этой разновидности: ГЦ-40, ГЦ-50 и ГЦ-60, каждая из которых отличается от другой рядом характеристик. Все они имеют одинаковое время схватывания и затвердевания, однако их прочность сильно разнится. Еще в раннем возрасте смеси набирают прочность: ГЦ-40 – 2,5 МПа через сутки и 40 МПа через трое суток; ГЦ-50 – 27,4 МПа через сутки и 50 МПа через трое суток; ГЦ-60 – 32,4 МПа через сутки (что практически идентично прочности цемента марки ГЦ-40 по истечении трех суток) и 60 МПа на третьи сутки.

Каждая из марок прекрасно взаимодействует с иными веществами: замедлителями схватывания или ускорителями.

• К замедлителям относятся бура, хлористый кальций, борная кислота, лимонная кислота, глюконат натрия и другие.
• Ускорители – это триэтаноламин, карбонат лития, портландцемент, гипс, известь и прочие.

Помимо обыкновенного глиноземистого цемента, по содержанию оксида алюминия выделяют высокоглиноземистые варианты первой, второй и третьей категорий. Их маркировка, соответственно, ВГЦ I, ВГЦ II и ВГЦ III. В зависимости от того, какая прочность ожидается на третьи сутки после использования, маркировка дополняется цифрами.

Встречаются следующие варианты:

• ВГЦ I-35;
• ВГЦ II-25;
• ВГЦ II-35;
• ВГЦ III-25.

Чем выше процент содержания оксида алюминия в составе, тем прочнее получается готовый цемент. Для высокоглиноземистого раствора первой категории содержание оксида алюминия в составе должно быть не менее 60%, для второй категории – как минимум 70%, для третьей – не меньше 80%. Период схватывания у данных образцов также немного отличается. Минимальный порог равен 30 минутам, в то время как полное застывание должно произойти менее чем за 12 часов для ВГЦ I-35 и за 15 часов для ВГЦ второй и третьей категорий.

Обыкновенный глиноземистый цемент огнестойкими качествами не обладает, а ВГЦ всех категорий должен выдерживать высокие температуры. Нормы огнестойкости начинаются с 1580 градусов и доходят до 1750 градусов для ВГЦ III-25.

Особенности изготовления

Глиноземистый цемент, свойства которого достаточно специфичны, изготавливается из чистых бокситов или известняков, с добавлением других элементов для придания нужных характеристик смеси. Основных способов производства цемента два – плавление и спекание. Выбор метода зависит от: состава бокситов, качества кокса, показателя объемного содержания в них оксидов железа, и в дополнение кремниевой кислоты.

Плавление

Для метода плавления используют бокситы высокого качества, к ним домешивают известняк и кокс. Эту смесь отправляют в ватержакетные печи с водяным типом охлаждения и плавят благодаря подаче через фурмы воздуха, до нужной температуры предварительно нагретого в рекуператорах. Потом массу пропускают через летку, в изложницах печи охлаждают и отправляют в дробилку для измельчения. В дробилках стоят многокамерные мельницы. Печи работают за счет пылевидного топлива.

В некоторых случаях используется электроплавка, в процессе которой выплавляется ферросилиций, за счет чего смесь очищается от кремниевой кислоты. Иногда применяют способ дуговой плавки с использованием специальных печей переменного тока с целью производства глиноземистого цемента особенно высокого качества. Сначала готовят сырье: измельчают, смешивают компоненты, делают из них гранулы или брикеты. Известняк заранее кальцинируют, а вот бокситы подвергают прокаливанию, шихту используют коксосодержащую.

В производстве глиноземистого цемента могут использоваться и доменные печи, но материал получается не очень прочным на первых этапах твердения.

Спекание

Данный метод производства предполагает использование сравнительно невысоких температур в обычных печах. Сначала смесь медленно охлаждают, чтобы кристаллизовался геленит и приобрел стеклообразную форму

Тут важно, чтобы в процессе спекания температура не оказалась ниже оптимальной, так как это приводит к кристаллизации алюминатов кальция. В итоговом составе стекла появиться не должно, для чего создают системы очень быстрого охлаждения (чтобы не создались кристаллы геленита)

На этапе выхода из печи смесь превращают в гранулы паровоздушные потоки. Полученный данным методом глиноземистый цемент демонстрирует прекрасные показатели прочности в сравнении с веществом, которое охлаждалось более медленно.

Характеристики и виды

На данный момент времени производятся следующие виды расширяющихся цементов характеристики, которых соответствуют требованиям действующего нормативного документа – Цемент расширяющийся ГОСТ 11052-74: водонепроницаемый расширяющийся цемент, гипсоглиноземистый цемент, расширяющийся портландцемент, напрягаемый цемент и расширяющийся шлакопортландцемент.

Рассмотрим каждый вид связующего подробнее.

• Водонепроницаемый расширяющийся цемент. Технология производства заключается в измельчении или смешивании в шаровом грохоте: глиноземистого цемента, гипса и алюмината кальция. Строительный материал этого вида характеризуется быстрым схватыванием – начало не ранее 4-й минуты, окончание не позднее десятой минуты. В ряде случаев требуется увеличение времени схватывания с помощью внесения специальных присадок. Сфера применения: ремонт бетонных конструкций, гидроизоляция подземных сооружений, возведение подземных резервуаров.
• Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент. Производится путем совместного помола или смешивания: высокого глиноземистого клинкера (шлака) и двуводного сульфата кальция (гипса). Схватывание бетона или раствора начинается не ранее 20-й минуты и оканчивается не позднее 240-й минуты. Окончательное твердение и набор прочности происходит через 70-85 часов после затворения. Применение расширяющегося цемента этого вида: безусадочный водонепроницаемый бетон и раствор, гидроизоляция подземных сооружений, заделка швов.
• Расширяющийся цемент РПЦ 20. Данный строительный материал, получается одновременным помолом клинкера обычного портландцемента, глиноземистого клинкера (шлака), сульфата кальция и доменного шлака (допускается замена на другую активную присадку). Бетон на расширяющемся цементе этого вида характеризуется быстрым твердением при кратковременном пропаривании, высокой плотностью и высокой степенью водонепроницаемости. Схватывание бетона происходит не ранее получаса после затворения и не позднее 12-ти-часов. Окончательное твердение и набор прочности – через 70-80 часов (при пропаривании через 30-35 часов). Область применения: строительство гидротехнических сооружений и бетонных резервуаров.
• Напрягающий цемент. Изготавливается путем смешивания в определенных пропорциях: портландцемента, глиноземистого цемента и гипса. Обладает особенностью сначала твердеть, набирать прочность, и только потом расширяться в объеме. При этом начало схватывания происходит не ранее получаса, и не позднее 4-го часа после затворения. Область применения: ремонт железобетонных сооружений, производство бетонных труб работающих под давлением, строительство резервуаров, возведение спортивных сооружений.
• Расширяющийся шлакопортландцемент. Начало схватывания раствора происходит не ранее 30-мнут, окончание схватывания не позднее 4-х часов. Применяется для: уплотнения отверстий в бетонных конструкциях, монтаже анкерных соединений, уплотнения кабельных и трубных проходов, герметизация стыков и швов, зачеканка вводов канализационных коммуникаций.

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.

Виды огнеупорного бетона

Разработано и успешно применяется несколько видов огнеустойчивого бетона.

По основной классификации термостойкий материал бывает:

• тяжелый;
• легкий;
• ячеистый.

По температуре применения материал разделяется на:

• жароупорный, способный выдерживать температуру до 1580 °С;
• огнеупорный, выдерживающий воздействие температуры от 1580 до 1770 °С;
• высокоогнеупорный, противостоящий температуре свыше 1770 °С.

По виду использования бетонные блоки могут быть конструкционными и теплоизоляционными.

Популярен сухой огнеупорный состав, некоторые модификации которого могут противостоять воздействию температур до 2300 °С. Существенным недостатком сухих смесей является небольшой срок годности, потому приобретение крупной партии полуфабриката нецелесообразна.

Технология производства цемента

Производство цемента — видео

https://youtube.com/watch?v=GVWuaBGyixw

Производство цемента – энергоемкий и дорогостоящий процесс, состоящий из двух этапов:

1. Получение клинкера. Для начала путем разработки известняковых месторождений добываются сырьевые материалы, в частности известняк. Затем материал дробится на куски, диаметр которых составляет 10 см., подсушивается и смешивается с другими составляющими элементами. После этого сырьевая смесь обжигается. В результате получается так называемый клинкер.
2. Превращение клинкера в порошок. На данном этапе клинкер и гипсовый камень измельчают, подсушивают минеральные добавки, а затем производится совместный помол всех составляющих частей. Однако качество и физико-технические характеристики сырья (влажность, плотность и т.п.) бывают разные, поэтому способы производства цемента могут различаться.

Способы производства цемента

В настоящее время цементная промышленность производит цемент тремя основными способами:

• Мокрым. Его используют в том случае, если цемент создается из глины (силикатного компонента), мела (карбонатного продукта) и добавок, содержащих железо (конверторного шлама, пиритных огарков, железистого продукта). При этом влажность мела должна составлять не более 29%, а влажность глины – не более 20%. Измельчение сырьевой смеси проходит в водной среде, и в результате получается шихта в виде растворенного в воде шлама с влажностью от 30 до 50%. Затем шлам отправляется для обжига в специальную печь диаметром 7 м и длиной – от 200 м. В процессе обжига из сырья выделяется углекислота и образуются шарики-клинкеры. Их растирают в порошок, получая таким образом требуемую марку цемента.
• Сухим. Особенность данного способа состоит в том, что все сырьевые материалы до (или во время) помола высушиваются. Поэтому сырьевая шихта сразу получается в виде измельченного сухого порошка.
• Комбинированным. В таком случае цемент может быть произведен по двум различным технологиям:
  • сырьевая смесь готовится в виде шлама, перемешанного с водой, а затем обезвоживается до влажности 16-18% на особых фильтрах и отправляется в печь для обжига, после чего измельчается и превращается в цемент.
  • сырьевая смесь высушивается и измельчается, а полученная шихта гранулируется путем добавления 10 -14% воды и подается на обжиг. Затем гранулы извлекаются из печи, и производится их помол.

Раньше цемент в большинстве случаев производили мокрым способом, но в настоящее время предпочтение отдается сухой технологии.

Как выбрать способ производства цемента?

1.​ Расход тепла значительно возрастает при мокром способе производства цемента. Но наличие в мельницах воды облегчает измельчение сырья. Поэтому если влажность исходного сырья составляет более 10%, то наиболее целесообразно создавать цемент по мокрой технологии.

2.​ Если сырьевая смесь состоит из двух мягких материалов, то предпочтительно также производить цемент мокрым способом, поскольку сырье легко измельчается путем обычного размешивания в воде.

3.​ Сухой способ используется в том случае, если влажность сырья составляет не более 10%.

4.​ Если сырьевой материал — достаточно пластичный, то можно отдать предпочтение комбинированному способу производства цемента.

Преимущества и недостатки

Положительные качества:

• изделия из этого материала не подвержены коррозии и отлично сопротивляются воздействию агрессивных сред;
• материал обладает повышенной морозоустойчивостью;
• скорость схватывания и полного набора прочности значительно превышает такие же показатели для обычного портландцемента;
• отличная адгезия с металлом, что позволяет эффективно защищать армирующие сетки в бетонных изделиях и закреплять закладные детали или анкера в бетонные элементы;
• отличное сопротивление воздействию высоких температур и открытому огню;
• разновидности глиноземистых цементов (высокоглиноземистый и расширяющийся) применяются для выполнения сложных работ, которые невозможно выполнить другими средствами.

Отрицательные качества:

• повышенные требования к оборудованию, которое используется для производства данного материала и самому процессу получения сырья, что отражается на высокой цене глиноземистых цементов;
• особенность данного материала при наборе прочности выделять тепловую энергию не позволяет использовать растворы для заливки крупных объемов — при попытке залить большую площадь, происходит неравномерное схватывание материала, что приводит к разрушению его целостности;
• с процессом выделения тепла связано еще одно ограничение использования глиноземных составов — нельзя применять раствор при температуре более +30°С;
• изделия из этого цемента не могут сопротивляться воздействию щелочной среды и разрушаются.

Это интересно: Какие виды цемента наиболее популярны, как правильно работать с материалом?

Из чего делают цемент: состав и основное сырье

В состав цемента входят следующие компоненты:

1. Известь (оксид кальция, CaO) – 60%.
2. Кремниевый диоксид (SiO2) – 20%.
3. Алюминий (глинозем, Al2O3) – 4%.
4. Гипс и оксиды железа (Fe2O3) – 2%.
5. Магния оксид (MgO) – 1%.

Указанное процентное соотношение перечисленных компонентов характерно для наиболее популярного вида цемента – портландцемента. Оно может несколько видоизменяться. Все зависит от технологии производства и класса цементной продукции.

Основное, из чего делают цемент – это клинкер. Так называют продукт обжига исходного сырья – известняка и глины, которые берут в пропорции 3:1. Клинкер – это полуфабрикат для получения цемента. После обжига при температуре до 1500 °C клинкер измельчают, в результате чего он оказывается представлен в форме гранул диаметром до 60 мм.

При измельчении в состав клинкера вводят добавки:

1. Гипс (CaSO42H2O), регулирующий сроки схватывания.
2. Корректирующие добавки (до 15-20%), улучшающие определенные свойства цемента: пластификаторы, присадки и пр.).

В качестве главного исходного сырья для производства цемента используются разные горные породы:

1. Ископаемые карбонатного типа. Могут иметь аморфную или кристаллическую структуру, которая определяет, насколько эффективно материал будет взаимодействовать с другими компонентами в составе при обжиге.
2. Осадочного происхождения. Это глинистое сырье с минеральной основой, которое при избыточном увлажнении становится пластичным и разбухает, т. е. увеличивается в объеме. Главная особенность материала – вязкость, которой обусловлено его применение при сухом процессе производства.

Карбонатные породы

Среди карбонатных пород для производства цемента используются:

1. Мергелистый известняк, или мергель. Содержит в себе примеси глины, поэтому считается переходным материалом между карбонатными и глинистыми породами.
2. Мел – разновидность мажущего известняка, которая характеризуется легкостью в перетирании.
3. Ракушечник. Для него характерна пористая структура, которая не слишком устойчива к сжимающим нагрузкам.
4. Доломитовые породы. Из всех видов карбонатных пород отличаются самыми ценными физическими свойствами.

Глинистые породы

К глинистым породам, используемым при изготовлении цемента, относятся:

1. Глина. Основная разновидность глинистых пород с минеральными включениями в составе.
2. Суглинок. Отличается от глины увеличенной концентрацией пылеобразных частиц и песчаной фракции.
3. Лёсс. Менее пластичная горная порода. Для нее больше характерны пористость, рыхлость и мелкозернистость. В составе лесса могут присутствовать включения кварца или силиката.
4. Глинистый сланец. Из всех видов подобных пород имеет наиболее высокую прочность. При измельчении сланец преобразуется в пластинчатые частицы. В материале мало влаги, его характеризует стабильный гранулометрический состав.

Корректирующие добавки

С целью корректировки в состав цемента вводят специальные минеральные добавки. В первую очередь это модификаторы на базе ископаемых, содержащих:

1. железо,
2. кремнбелитовый
3. плавиковый шпат,
4. апатиты,
5. глинозем.

Еще корректирующие добавки могут быть представлены промышленными отходами с других производств. В качестве них используются:

1. пиритные огарки;
2. пыль из доменных печей;
3. белитовый шлам;
4. минерализаторы.

Применение добавок позволяет улучшить характеристики цемента и бетонного раствора, который готовится на его основе. Каждый из модификаторов придает смеси особые свойства, к примеру:

1. CemFrio – обладает противоморозным, пластифицирующим и ускоряющим действиями.
2. CemPlast – позволяет получить высокоподвижную бетонную смесь с повышенной удобоукладываемостью, а также повысить активность вяжущего, т. е. цемента, и обеспечить полноту гидратации.
3. CemAqua и CemAquaStop – гидроизолирующая дводоредуцирующаясное водоотталкивающее средство для обработки поверхностей.
4. CemBase – увеличивает прочность, морозостойкость, водонепроницаемость и долговечность бетонных изделий.
5. Plastix – многофункциональная водоредуцирующая и пластифицирующая добавка, повышающая марочную прочность бетонных изделий.
6. CemFix – добавка-ускоритель, используемая для бетонных смесей, к которым предъявляются требования высокой ранней прочности.