Любой алюминатный цементный клинкер, состоящий в основном из алюмината кальция, измельчается в гидравлический цементный материал, называемый алюминатным цементом, и его кодовое название — CA. В соответствии с потребностями, соответствующее количество αAl₂O₃ порошка может быть добавлено при измельчении цемента с содержанием Al₂O₃ более 68%. Алюминатный цемент можно разделить на четыре категории в зависимости от содержания.
CA-50 50%≤Al₂O₃ <60%
CA-60 60%≤Al₂O₃<68%
CA-70 68%≤Al₂O₃<77%
CA-80 77%≤Al₂O₃
Физические свойства алюминатного цемента следующие.
(1) Тонкость
Удельная площадь поверхности должна быть не менее 300 м²/кг, или остаток на сите 0,045 мм должен быть не более 20%, по согласованию между сторонами спроса и предложения. В случае возникновения спора без согласования преобладает показатель удельной площади поверхности, что обеспечивает справедливый процесс урегулирования.
(2) Время схватывания (строительный раствор)
Он должен отвечать следующим требованиям: Время начального схватывания CA-50, CA-70 и CA-80 должно быть не ранее 30 минут, а окончательное время схватывания должно быть не позднее 6 часов; время начального схватывания CA-60 должно быть не ранее 60 минут, а окончательное время схватывания должно быть не позднее 18 часов.
Алюминатный цемент — это цемент ранней прочности. Его прочность 1d может достигать более 80% от прочности 3d, что позволяет достичь уровня 28d обычного портландцемента. Поздний рост прочности незначителен. В основном он используется для проектов со срочными сроками строительства (например, строительство дорог и мостов), аварийных ремонтных проектов (например, устранение протечек) и зимних строительных проектов.
В отличие от обычного затвердевшего цемента, алюминатный цемент не содержит трикальцийалюмината или неосажденного гидроксида кальция. Благодаря такому уникальному составу после затвердевания цемент приобретает плотную структуру, что делает его очень устойчивым к размыванию минеральной водой, что является ключевым преимуществом в различных строительных проектах.
Гидратация и твердение алюминатного цемента
Гидратация алюминатного цемента, в частности процесс гидратации алюмината кальция, представляет собой интересную область исследования. Интригует тот факт, что реакция гидратации существенно зависит от температуры. В разных температурных диапазонах мы наблюдаем образование различных продуктов гидратации, каждый из которых обладает уникальными свойствами и последствиями.
Гидратация CA₂ в алюминатном цементе происходит так же, как и у CA, но скорость гидратации медленнее. Реакция гидратации C₁₂A₇ протекает быстро и также приводит к образованию C₂AHg. Однако реакция между C₂AS и водой слабая, и его можно рассматривать как инертный минерал. Небольшое количество C₂S образует гидратированный гель силиката кальция.
Гидраты CaHiO или C₂AHg представляют собой игольчатые или чешуйчатые кристаллы, которые образуют прочную кристаллическую связь, создавая кристаллический скелет. В то же время образующийся гель гидроксида алюминия заполняет пространство скелета, образуя относительно плотную структуру, благодаря чему начальная прочность цемента может быть быстро увеличена, в то время как последующее увеличение прочности не является значительным.
CaH₁O и C₂AHg постепенно превращаются в относительно стабильные C₃AHs с течением времени. Этот процесс превращения ускоряется с повышением температуры окружающей среды. В результате трансформации кристаллов свободная вода выпадает в осадок из цементной пасты, увеличивая поры. В то же время прочность самого продукта трансформации C₃AH₆ относительно низкая, а связь между кристаллами плохая, поэтому прочность цементной пасты значительно снижается. Превращение кристаллов приводит к длительному снижению прочности, особенно в жаркой и влажной среде, где прочность значительно снижается (впоследствии прочность может снизиться более чем на 40 % по сравнению с максимальным значением прочности). Однако при правильном использовании, осторожном обращении и принятии специальных мер его нежелательные свойства можно несколько улучшить. Например, добавление гипса или безводного гипса в цемент, снижение водоцементного отношения, понижение температуры твердения и другие меры.
3. Область применения и меры предосторожности при использовании алюминатного цемента в цементном растворе
Алюминатный цемент в основном используется в сухих строительных смесях, требующих быстрого твердения или высокой температурной стабильности, например, в самовыравнивающихся сухих строительных смесях. Это связано с тем, что при нормальных условиях твердения цементная паста алюминатного цемента не содержит трикальцийалюмината и гидроксида кальция, а его плотность также относительно велика, поэтому он обладает высокой устойчивостью к эрозии минеральной воды и сульфатов. Кислотостойкость алюминатного цемента позволяет использовать его для приготовления сухих строительных смесей с высокими требованиями к стойкости к кислотной коррозии.
Стандартная консистенция алюминатного цемента не требует большого количества воды, но в процессе гидратации ему требуется больше связанной воды, достигающей около 50 % от массы цемента, что почти в два раза больше, чем у силикатного цемента. Это важная причина, по которой алюминатный цемент обладает более высокой плотностью и непроницаемостью после затвердевания. Используя преимущества высокой плотности и непроницаемости алюминатного цемента, его можно применять для приготовления жестких пробок и создания водонепроницаемых сухих строительных смесей.
Поскольку алюминатный цемент выделяет большое количество тепла при гидратации, необходимо обратить внимание на его дозировку и толщину нанесения при приготовлении густого раствора, такого как самовыравнивающийся раствор; в соответствии с температурной реакцией алюминатного цемента, помимо внимания к температуре строительства его продуктов, это также должно быть учтено при подготовке; алюминатный цемент обладает плохой щелочестойкостью, поэтому при определении области применения сухих строительных смесей на основе алюминатного цемента необходимо перечислить меры предосторожности и принять соответствующие защитные меры; продукты, приготовленные на основе алюминатного цемента, не подходят для долговременных несущих конструкций и в условиях высокой температуры и высокой влажности; алюминатный цемент быстро реагирует при контакте с водой, поэтому сухие строительные смеси, приготовленные на его основе, должны уделять больше внимания защите от влаги, чем сухие строительные смеси, приготовленные на основе силикатного цемента.
Некоторые сухие строительные смеси, такие как самовыравнивающиеся растворы, склонны к побелению и осыпанию поверхности из-за кристаллического превращения алюминатного цемента. Для улучшения характеристик продукта в алюминатный цемент добавляют дигидрат гипса, цеолит и другие материалы. Модифицированный продукт отличается более высокой скоростью твердения, отсутствием усадки в более поздние сроки и стабильной кристаллической формой в гидротермальных условиях. Коэффициент прочности на сжатие 28d и щелочность могут определить адаптивность рецептуры раствора.
4. Сульфоалюминатный цемент
Сульфоалюминатный цемент — это вид гидравлического цементного материала, получаемого путем прокаливания сырья соответствующего состава и смешивания цементного клинкера с безводным сульфоалюминатом кальция и дикальцийсиликатом в качестве основных минеральных компонентов с различным количеством известняка и соответствующим количеством гипса. Сульфоалюминатный цемент включает быстротвердеющий сульфоалюминатный цемент с низкой щелочностью и самонапряженный сульфоалюминатный цемент.
Тип гидравлического цементного материала с высокой ранней прочностью, который изготавливается путем измельчения сульфоалюминатного цементного клинкера соответствующего состава, небольшого количества известняка (количество добавок не должно превышать 15% от массы цемента) и соответствующего количества гипса, называется быстротвердеющим сульфоалюминатным цементом, а его кодовое название — R-SAC. Он подразделяется на четыре класса прочности 42,5, 52,5, 62,5 и 72,5 в соответствии с 3-м пределом прочности на сжатие.
Тип гидравлического цементного материала с низкой щелочностью, который изготавливается путем измельчения соответствующего сульфоалюминатного цементного клинкера, большого количества известняка (его количество должно составлять не менее 15% от массы цемента и не более 35% от массы цемента) и соответствующего количества гипса, называется сульфоалюминатным цементом с низкой щелочностью, и его кодовое название L-SAS. Он подразделяется на три класса прочности 32,5, 42,5 и 52,5 в соответствии с прочностью на сжатие 7d. Низкощелочной сульфоалюминатный цемент в основном используется для изготовления цементных изделий, армированных стекловолокном. При изготовлении бетонных изделий и конструкций со стальными волокнами, прутками, сетками и закладными деталями следует использовать нержавеющую сталь.
Разновидность гидравлического цементирующего материала со свойствами расширения, который изготавливается путем измельчения сульфоалюминатного цементного клинкера с соответствующими ингредиентами и добавления надлежащего количества гипса, называется самонапряженным сульфоалюминатным цементом, а его кодовое название — S-SAC. Самонапряженный сульфоалюминатный цемент делится на четыре марки по самонапряжению: 3,0, 3,5, 4,0 и 4,5 в соответствии с самонапряжением 28d.
Сульфоалюминатный цемент, обладающий уникальными свойствами, является универсальным материалом, который можно использовать в различных цементных растворах. Он особенно полезен в тех случаях, когда требуется быстрое твердение и ранняя прочность, например, быстротвердеющий ремонтный сухой раствор для инженерных работ, сухой раствор для зимнего строительства, сухой раствор для грунтовых работ, а также раствор для тампонажных работ.
Сульфоалюминатный цемент — удивительный материал с уникальными свойствами. Он может нормально затвердевать при температуре 5℃ благодаря отсутствию минералов C₃A и высокой плотности цементной пасты. Это обеспечивает хорошую сульфатостойкость, минимальную усадку на воздухе, а также отличные противоморозные и противопросадочные свойства. Значение pH жидкой фазы цементной пасты составляет 9,8-10,2, что делает ее низкощелочным цементом. Это уникальное свойство позволяет смешивать его с волокнами с низкой щелочестойкостью, такими как стекловолокно.
Ранняя прочность сульфоалюминатного цемента развивается быстро, а поздняя прочность развивается медленно, но не дает усадки. Сухой раствор, приготовленный на сульфоалюминатном цементе, имеет то же правило. Время схватывания сульфоалюминатного цемента относительно быстрое, а интервал между начальным и конечным схватыванием также относительно короткий.