Глиноземистый цемент: технические харктеристики, свойства

Глиноземистый цемент: технические харктеристики, свойства

ЦЕМЕНТЫ ГЛИНОЗЕМИСТЫЕ И ВЫСОКОГЛИНОЗЕМИСТЫЕ

Alumina and high alumina cements. Specifications

Дата введения 2020-06-01

Предисловие

Цели, основные принципы и общие правила проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0 “Межгосударственная система стандартизации. Основные положения” и ГОСТ 1.2 “Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены”

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН Некоммерческой организацией “Союз производителей цемента” (НО СОЮЗЦЕМЕНТ) и Российским химико-технологическим университетом имени Д.И.Менделеева (РХТУ им.Д.И.Менделеева)

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 144 “Строительные материалы и изделия”

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 28 июня 2019 г. N 55)

За принятие проголосовали:

Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97

Сокращенное наименование национального органа по стандартизации

Госстандарт Республики Беларусь

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 13 ноября 2019 г. N 1122-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 969-2019 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 июня 2020 г.

Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта и изменений к нему на территории указанных выше государств публикуется в указателях национальных стандартов, издаваемых в этих государствах, а также в сети Интернет на сайтах соответствующих национальных органов по стандартизации.

В случае пересмотра, изменения или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована на официальном интернет-сайте Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации в каталоге “Межгосударственные стандарты”

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на глиноземистые, высокоглиноземистые и особочистые высокоглиноземистые цементы (далее – цементы), предназначенные для изготовления быстротвердеющих и жаростойких бетонов и строительных растворов, и устанавливает требования к ним.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие межгосударственные стандарты:

ГОСТ 4069 Огнеупоры и огнеупорное сырье. Методы определения огнеупорности

ГОСТ 5382 Цементы и материалы цементного производства. Методы химического анализа

ГОСТ 30108 Материалы и изделия строительные. Определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов

ГОСТ 30515 Цементы. Общие технические условия

ГОСТ 30744 Цементы. Методы испытаний с использованием полифракционного песка

Примечание – При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов и классификаторов на официальном интернет-сайте Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации (www.easc.by) или по указателям национальных стандартов, издаваемым в государствах, указанных в предисловии, или на официальных сайтах соответствующих национальных органов по стандартизации. Если на документ дана недатированная ссылка, то следует использовать документ, действующий на текущий момент, с учетом всех внесенных в него изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то следует использовать указанную версию этого документа. Если после принятия настоящего стандарта в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение применяется без учета данного изменения. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 30515, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 цементы глиноземистые: Специальные цементы, получаемые тонким измельчением глиноземистого клинкера, обеспечивающие быстрое твердение растворов и бетонов.

3.2 цементы высокоглиноземистые: Специальные цементы, получаемые тонким измельчением высокоглиноземистого клинкера, обеспечивающих получение жаростойких растворов и бетонов.

4 Классификация

4.1 В зависимости от содержания в цементе оксида алюминия () цементы подразделяются на следующие виды:

– цемент глиноземистый, содержащий не менее 35 масс. % оксида алюминия;

– цемент высокоглиноземистый, содержащий не менее 60 масс. % оксида алюминия;

– цемент высокоглиноземистый, содержащий не менее 70 масс. % оксида алюминия;

– цемент высокоглиноземистый, содержащий не менее 75 масс. % оксида алюминия;

– цемент высокоглиноземистый, содержащий не менее 80 масс. % оксида алюминия;

– особочистый высокоглиноземистый цемент.

4.2 В зависимости от прочности (3 сут твердения) цементы подразделяют на следующие классы прочности:

4.3 Обозначение цемента должно включать:

– наименование цемента в соответствии с настоящим стандартом;

– условное обозначение вида цемента по 4.1;

– обозначение класса прочности (только для глиноземистых цементов) по 4.2;

– обозначение настоящего стандарта.

Примеры условных обозначений цемента:

Цемент глиноземистый, содержащий не менее 35 масс. % оксида алюминия, класса прочности 50:

Глиноземистый цемент-35 50 ГОСТ 969-2019

Цемент высокоглиноземистый, содержащий не менее 70 масс. % оксида алюминия, класса прочности 35:

Высокоглиноземистый цемент-70 ГОСТ 969-2019

Цемент высокоглиноземистый, содержащий не менее 75 масс. % оксида алюминия, класса прочности 25:

Высокоглиноземистый цемент-75 ГОСТ 969-2019

Особочистый высокоглиноземистый цемент:

Особочистый высокоглиноземистый цемент ГОСТ 969-2019

5 Технические требования

Цементы должны удовлетворять требованиям ГОСТ 30515 и настоящего стандарта и изготавливаться по технологической документации, утвержденной предприятием-изготовителем.

5.1 Содержание оксидов элементов в цементах должно соответствовать значениям, указанным в таблице 1.

Содержание оксидов элементов, %

**

***

Что такое глиноземистый цемент и где он применяется: виды, свойства, технические характеристики

Глиноземистый цемент представляет собой быстродействующую гидравлическую смесь, основной отличительной особенностью которой является способность быстро твердеть в воде и на воздухе. Такой тип цемента удается получить в процессе измельчения обожженного сырья, которое обогащено глиноземом. В качестве первичного сырья в процессе производства используют бокситы, известняк или породы с высоким содержанием оксида алюминия (поэтому вещество часто называют еще алюминатным цементом).

Цемент ГЦ может использоваться для приготовления особого жаростойкого бетона. Цемент отличается чрезвычайно высоким уровнем огнестойкости – согласно утверждениям специалистов, монолиты из такого раствора можно эксплуатировать при температуре до +1700 С. Часто смесь применяют в тандеме с шамотом или магнезитом, что дает возможность делать огнестойкие растворы, способные застывать в воде.

Несмотря на специфические свойства, цемент глиноземный используется как в индивидуальном строительстве, так и в промышленном. Современные производители предлагают два основных типа смеси – созданной в процессе плавления или запекания.

Выбор конкретного метода производства зависит от специфики состава бокситов, объема содержания в элементах различных включений и т.д.

Область применения

Прежде, чем более подробно рассматривать глиноземистый цемент, его свойства и области применения, необходимо понять, где и почему он актуален. Данный тип смеси больше востребован, все же, в промышленной сфере, так как в быту огнестойкость на уровне тысяч градусов не нужна, а приобретать столь дорогое сырье из-за его способности ускоренного твердения не актуально.

Применение глиноземистого цемента в промышленной сфере:

• Ремонт и реконструкция мостов
• Ускоренное строительство конструкций с высоким уровнем устойчивости – все работы занимают до 3 дней
• Случаи, когда важно обеспечить монолиту стойкость к сульфатам
• Фиксация и крепление анкерных болтов
• Создание тары для эксплуатации с агрессивными веществами
• Обустройство нефтяных скважин
• Цемент глиноземистый ГЦ40 может использоваться как ускоритесь для схватывания бетона, компонент для огнеупорной смеси
• Осуществление ремонта морских судов
• Строительство железобетонных конструкций, подверженных особо серьезным нагрузкам
• Сооружение морских и подземных конструкций
• Введение в состав клеевых растворов, предназначенных для эксплуатации в области строительной химии
• ГЦ 40 цемент является основным компонентом при приготовлении расширяющихся и водостойких растворов
• Производство гидроизоляционной штукатурки также может осуществляться с использованием глиноземистого цемента – материал применяют в отделке водопроводных линий, метрополитенов, в стыках трубопроводов и т.д.

Применение глиноземистого цемента в индивидуальном строительстве:

• Обустройство стяжки пола (в некоторых случаях, где есть особые требования к бетону)
• Подготовительный этап работ с подоконниками
• Строительство подвалов, цоколей зданий (редко)
• Ремонт/реконструкция систем вентиляции, дымоходов в частных домах.
• Часто при сооружении каминов и топок в домах, иных видов отопительных устройств используют именно цемент ГЦ 40, характеристики которого позволяют обеспечить нужные свойства конструкции

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 современных электродуговых печах уровень температуры может доходить до очень высоких показателей, именно из-за этого кремнезем в шихте восстанавливается до кремния, а он, в свою очередь, входит в реакцию с железом – так получается ферросилиций.

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.

Состав и свойства

Чтобы лучше понять, что такие глиноземистый цемент, стоит рассмотреть его состав. Основной компонент смеси – низкоосновной однокальциевый алюминат (обозначается как СаО-А12О3), который в процессе твердения трансформируется в двухкальциевый гидроалюминат. Цемент данного типа бывает малоизвестковым (с СаО меньше 40%) и высокоизвестковым (СаО больше 40%).

Состав глиноземистого цемента (указаны химические элементы):

• Оксид железа – от 5% до 15%
• Оксид кремния – от 5% до 15%
• Оксид кальция – от 35% до 45%
• Оксид алюминия – от 30% до 50%

Также в смесь вводят алюминаты, двухкальциевый силикат (призван замедлить твердение), геленит в качестве балластной примеси.

1) Из-за наличия в составе смеси алюминатов кальция цемент обладает прекрасными вяжущими свойствами, высокой прочностью после полного твердения. Но сам процесс затвердевания глиноземистого цемента, хоть и схож с аналогичным поведением портландцемента, проходит с выделением тепла: в течение первых суток выходит около 70% тепла, а это опасно. Если температура воздуха будет выше +30 градусов, бетон будет демонстрировать стойкость, в 2-3 раза меньшую нормативной.

2) Глиноземный цемент создает более плотный искусственный камень (если сравнивать с портландцементом), демонстрирует высокую прочность, великолепную стойкость к агрессивным средам. Но такой монолит быстро деформируется в щелочной среде, поэтому его запрещено самостоятельно смешивать с гипсом, портландцементом, известью.

3) Скорость твердения бетонных растворов данного типа высокая: смесь начинает твердеть через полчаса, завершается процесс уже в течение 12 часов. Схватывается глиноземистый цемент так же, как и портландцемент, но нормативную прочность выдает уже через 72 часа, (а не по прошествии 28 суток).

Свойства глиноземистого цемента:

• Стойкость к газообразным средам, агрессивным жидкостям
• Возможность проводить работы при минусе
• Быстрый набор прочности
• Высокая плотность создаваемого монолита
• Высокий уровень термической устойчивости, что позволяет получать огнеупорные растворы

Структура и виды

В зависимости от того, какой объем примесей в веществе, цемент данного типа делится на два основных вида: обычный состав и высокоглиноземистый. Определение марки цемента осуществляется по прошествии 72 часов. Состав обычно завозится в Москву и область, другие регионы в небольших объемах, продается в специальных мешках или контейнерах по 40-50 килограммов. В зависимости от объема железа в общем составе и показателя окисления компонентов, глиноземистый цемент может быть зеленым, желтым, коричневым, черным по цвету.

Выделяют три основных вида глиноземистого цемента, которые отличаются по способности выдерживать нагрузки на сжатие: марок ГЦ-40, ГЦ-50 и ГЦ-60. По прошествии 72 часов после заливки смесь ГЦ-40 набирает прочность с 22.5 (МПа через сутки) до 40 МПа. Это самая ходовая марка, актуальная для разных строительных работ. Показатель прочности ГЦ-50 достигает 50 МПа, соответственно, цемент используется в сфера топлива и энергетики. Прочность ГЦ-60 доходит до 60 МПа, данную смесь эксплуатируют в оборонной сфере и металлургии.

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.

• 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

Основной компонент бетона и цементного раствора – глиноземистый цемент относится к цементам специального назначения. «Специальность» назначения «вяжущего» этого вида обусловлена свойствами, которыми обладает данный материал: очень быстрый набор марочной прочности на воздухе и в воде и относительно высокая прочность на сжатие.

Глиноземистый цемент и его характеристики

Область использования данного материала обуславливает свойство бетона или раствора на основе глиноземистого цемента достигать 100% марочной прочности в течение 72 часов после затворения водой. При этом схватывание материала протекает в «обычном» временном режиме, аналогично периоду схватывания портландцемента общего применения.

Нормативный документ ГОСТ 969-91 «Цементы глиноземистые и высокоглиноземистые» регламентирует следующие марки и технические характеристики специального «вяжущего»:

В некоторых источниках можно встретить обозначение вяжущего, которое не соответствует Госту: Цемент глиноземистый марки 400, Цемент глиноземистый марки 500, Цемент глиноземистый марки 600. В этом случае предел прочности на сжатие бетона или раствора обозначается на МегаПаскалях, а в кгс/см2. Учитывая что 1 МПа=10 кгс/см2 это допустимо для неофициального пользования.

Также, в некоторых источниках сообщается, что глиноземистый цемент – это огнеупорный материал и бетон на его основе может выдерживать температуру окружающей среды от 1580 до 1750 °C. Это не совсем так.

Действительно, характеристики глиноземистого цемента по жаростойкости выше, чем у портландцемента общего применения, однако указанные выше температурные пределы жаростойкости, в соответствии с требованиями ГОСТ 969-90, справедливы для высокого глиноземистых цементов марок: ВГЦ I, ВГЦ II и ВГЦ III.

Особенности глиноземного цемента

• Схватывание и набор прочности бетонных сооружений на основе вяжущего этого типа должно идти при температуре 20-0°C и высокой влажности воздуха. Это требование объясняется высокой экзотермической реакцией материала (при гидратации, глиноземистый цемент выделяет в 2 раза больше тепла, чем обычный цемент). При температуре окружающей среды 25 °C и выше наблюдается снижение нарастания набора прочности, а при дальнейшем увеличении температуры возможно существенное падение прочности и даже разрушение конструкции.
• Большое количество тепла выделяемого материалом при схватывании и наборе прочности, обуславливают возможность ведения бетонных работ при температурах воздуха до минус 10°C без дополнительного подогрева.
• Повышенная плотность цементного камня по сравнению с цементным камнем на основе портландцемента.
• Высокая цена, выше на 3-4 порядка, чем цена обычного портландцемента.

Сфера применения

• Возведение сооружений, к которым предъявляются жесткие требования по минимальному периоду набора прочности.
• Возведение гидротехнических и подземных объектов работающих в условиях повышенной «сульфатной» активности окружающей среды.
• Тампонирование нефтяных и газовых скважин. Тампонирование растрескиваний в горных породах.
• Заделка пробоин в кораблях гражданских судах.
• Оперативное обустройство фундаментов для установки производственного оборудования: прессов, станков, кран-балок и т.п.
• Ремонт зданий и мостовых переходов.
• Производство сборных ЖБИ в качестве ускорителя набора прочности бетона.
• Строительство емкостей работающих в условиях контакта с органическими кислотами, серой, соляными растворами и крахмала.
• Срочные ремонтные работы: плотин, дорог, фундаментов и других бетонных сооружений.

Высокая цена глиноземистого цемента существенно ограничивает применение данного материала в частном строительстве. Применение данного материала для строительства частного здания оправдано, если возведение дома ведется на земельном участке с неблагоприятными геодезическими условиями (высоким стоянием грунтовых вод).

Производство глиноземистого цемента

Специальные свойства, которыми обладает этот вид строительного материала, обусловлен специальным составом и специальной технологией изготовления. В состав клинкера для производства глиноземистого цемента входят: однокальциевый алюминаут СаО-Аl2О3, двух кальциевый силикат C2S, геленит – 2СаО, и другие компоненты.

Для изменения времени схватывания в клинкер глиноземистого цемента вводят: борную кислоту, буру, кальций хлористый для замедления времени схватывания или известь, портландцемент и гипс для ускорения времени схватывания.

Цементная промышленность использует два способа производства вяжущего этого вида: технология правления шихты и обжиг компонентов глиноземистого цемента до спекания в гранулы.

• Технология плавления состоит из основных этапов: подготовка шихты, плавление шихты в специальных печах, охлаждение полученной субстанции, крупное дробление и тонкое измельчение в грохотах до гостовского показателя – остаток цемента на сите с сеткой № 008 не более 10%.
• Технология спекания характеризуется этапами: просушивание компонентов шихты, тонкое измельчение в грохотах, гомогенизация в гранулы, обжиг в специальных печах, охлаждение и помол в цементных мельницах. Также действует требование – «остаток цемента на сите с сеткой № 008 не более 10%».

В Российской Федерации заводы глиноземистых цементов, как правило, работают по технологии плавки компонентов. Технология спекания компонентов применяется ограничено.

Производители глиноземистого цемента

Высокая стоимость и специальность применения глиноземистого цемента обуславливает ограниченность его производства. В частности, на изготовлении связующего этого вида специализируются следующие предприятия Российской Федерации: и компаний Мира:

• ОАО Пашийский Металлургический Цементный Завод. Выпускает все марки глиноземного цемента: ГЦ 400, ГЦ500 и ГЦ600.
• Компания «Caltra» (Голландия).
• ООО «ЕМА-цемент».
• Компания «Sekar» (Франция).
• Компания «Kerneos» (Франция).

Учитывая, что стоимость глиноземистого цемента отечественного производства или цемента импортного производства составляет от 39 000 до 39 875 рублей за тонну, следует тщательно просчитать необходимость необходимости его применения для возведения фундамента и конструкций частного дома.

Свойства и сфера использования глиноземистого цемента

Глиноземистый цемент (ГЦ) – это быстродействующий гидравлический вяжущий материал, способный быстро затвердевать как в воздушной, так и в водной среде. Его используют в строительстве, когда требуется в короткие сроки – до трех суток – получить заданную устойчивость конструкции, для скорейшего затвердевания бетона на стройплощадках, заделки пробоин в корпусах морских судов, производства огнеупоров, а также во многих других случаях. Отличительная черта – повышенное содержание глинозема, благодаря чему и появилось название – «глиноземистый».

Производство глиноземистого цемента

Для производства используются известняк и бокситы – породы с высоким содержанием оксидов алюминия. Обожженную до плавления сырьевую массу подвергают тонкому измельчению, получая таким образом конечный продукт.

Его химический состав:

• 35 ÷ 55 % оксида алюминия (Al₂O₃);
• 35 ÷ 45 % извести (CaO);
• 5 ÷ 10 % диоксида кремния (SiO₂);
• 0 ÷ 15 % оксида железа (Fe₂O₃).

Из-за высокого процента оксида алюминия ГЦ называют также бокситовым или алюминатным. Характерным является то, что в отличие от портландцемента оксиды образуют не соединения кремния, а алюминаты кальция.

Получают такой цемент, применяя одну из двух технологий обжига – до спекания или плавления. По первой методике измельченное и размолотое сырье обжигается во вращающейся или шахтной печи так же, как и клинкер, предназначенный для получения ПЦ. Но поскольку температура спекания глиноземистого сырья ниже температуры плавления всего на 50 ÷ 150°С, то этот способ используется редко. Для высококачественного ГЦ требуются бокситы с незначительным содержанием кремнезема и оксида железа.

По второй методике грубоизмельченное сырье обжигают в специальных электропечах или в домнах. Процесс плавления происходит в среде, ускоряющей процесс восстановления оксида до металлического железа, а кремнезема до кремния. Металлическое железо, соединяясь с кремнием, образует ферросилиций. Более тяжелый по своему удельному весу ферросилиций опускается вниз, на под печи, а верхний слой расплава представляет собой чистый ГЦ, без каких-либо примесей.

После завершения процесса плавления расплав охлаждается и на специальных мельницах производится тонкий или сверхтонкий помол материала. После из порошка мощными электромагнитами удаляется металлическое железо. В результате получается чистый ГЦ. Производство цемента по этой технологии предъявляет не такие строгие требования к химическому составу бокситов. Допускается и повышенное содержание примесей.

Свойства и характеристики

Внешне ГЦ представляет собой порошок тонкого помола. Цвет порошка может быть коричневым, черным, серым с зеленым оттенком. Тонкость помола проверяется с помощью сита, диаметр ячеек которого не должен превышать 0.08 миллиметра. При просеивании пробы через него должно проходить не менее 90 % от общей массы отобранного материала. В зависимости от показателя прочности на сжатие ГЦ разделяется на три марки: ГЦ40, ГЦ50, ГЦ60. Марка устанавливается после испытания образца на прочность через трое суток после изготовления.

Предел прочности на сжатие через сутки после изготовления образца должен быть:

• 22.5 МПа для ГЦ 40;
• 27.5 МПа для ГЦ 50;
• 32.5 МПа для ГЦ 60.

Через трое суток эти показатели должны быть равны 40, 50 и 60 МПа для ГЦ40, ГЦ50 и ГЦ60 соответственно. Для всех марок схватывание должно начинаться не ранее, чем через 45 минут, а заканчиваться не позднее, чем через 10 часов.

Одним из основных свойств является резкое возрастание прочности на ранних стадиях. Затвердевание бетона на основе этого цемента сопровождается выделением большого количества тепла, что делает возможным его применение без подогрева при низких (до -10°С) температурах. По сравнению с раствором на ПЦ он более устойчив к воздействию любых агрессивных газов и жидкостей.

ГЦ обладает значительно более высокой огнестойкостью и термической устойчивостью, чем портландцемент, и в смеси с огнеупорными добавками добавляется для получения огнестойкого бетона. Скорость затвердевания при низкой положительной температуре заметно снижается, оставаясь более высокой, чем у ПЦ. Водонепроницаемость, химическая стойкость, термическая устойчивость, огнестойкость, высокая огнеупорность – основные характеристики.

Применение глиноземистого цемента

Его охотно используют на предприятиях ТЭК, в нефтедобывающей промышленности, например, для изоляции интервалов нефтяных скважин, в черной и цветной металлургии для изготовления огнеупоров, футеровки металлоплавильных агрегатов, в мостостроении, в сооружении комплексов оборонного значения, в судостроении и на судоремонтных предприятиях.

Универсальность ГЦ подразумевает его применение не только в промышленности, но и в домашнем строительстве, например, при возведении домов, коттеджей, малых архитектурных форм. Если он был только что куплен, то из мешка, на котором указан вес, содержимое разрешено сразу высыпать в бетономешалку. Если же берется цемент, который лежал достаточно длительный промежуток времени, то потребуется дополнительное разрыхление. Размешивать можно в вибрационном сите лопастным шнеком.

На базе ГЦ изготавливается гидроизоляционная штукатурка. Она выбирается при устранении повреждений в водопроводных трубах, находящихся под давлением в десять атмосфер. При строительстве метрополитенов штукатурка нужна для гидроизоляции стен туннелей и подземных коридоров. В коммунальном хозяйстве гидроизоляционная штукатурка используется для различных ремонтных работ на трубопроводах, очистных сооружениях, ремонта бассейнов и других объектов.

В разных регионах стоимость одной и той же марки может существенно отличаться. Отличия могут быть даже в пределах одного региона. Например, чтобы купить ГЦ в Москве и области, нужно потратить значительное время, чтобы найти оптимальный вариант.

Глиноземистый цемент как альтернатива портландцементу

Глиноземистый цемент представляет собой порошок темного оттенка (реже — серо-зеленого), обладающий вяжущим свойством с быстрым схватыванием. Изделия, выполненные из этого материала, являются водонепроницаемыми, огнестойкими и отлично сопротивляются агрессивным средам.

Для производства этого материала используют рецепт, который предусматривает соединение в определенных пропорциях: оксидов алюминия, кальция, кремния и железа. Основным веществом является оксид алюминия, содержащийся в смеси в объеме от 30 до 50%.

Помимо указанных ингредиентов, в состав цемента входят геленит и двухкальциевый силикат.

Глиноземистые составы обладают рядом исключительных свойств:

• способность использования растворов при отрицательных температурах;
• способность без ущерба выдерживать воздействие агрессивной среды;
• высокая скорость схватывания раствора и набора расчетной прочности;
• образование высокопрочного монолита;
• огнеупорность.

Преимущества и недостатки

• 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.

• 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.

Отличия от портландцемента

Основное назначение портландцемента и глиноземистого цемента совпадает – эти материалы предназначены для скрепления отдельных элементов конструкций, заделки отверстий и образования монолитного основания, но из-за разницы в составе, существуют заметные отличия:

• При наборе прочности глиноземистого цемента происходит реакция, которая стимулирует выделение тепла. Этот процесс может длиться почти сутки;
• Плотность монолита из глиноземистого материала гораздо выше, чем у стандартного цемента;
• Цемент глиноземистый ГЦ 40 (самая низкая марка) обладает более высокими водонепроницаемыми свойствами, чем портландцемент М400;
• В отличие от стандартного материала, монолит, образованный из рассматриваемого вида цемента, хуже сопротивляется воздействию щелочи;
• Главное отличие – время набора прочности. Глиноземистые составы твердеют в течение полусуток, а окончание процесса происходит через трое суток. Для обретения расчетной прочности стандартного материала необходимо 28 дней.

Область применения

Для выполнения работ, с которыми не может справиться традиционный цемент, используют глиноземистый. Свойства и области применения этого материала связаны со следующими процессами:

• восстановление и ремонт отдельных элементов гидротехнических объектов;
• устранение аварийных протечек на судах;
• гидроизоляция скважин, используемых при добыче нефти;
• работы, связанные с необходимостью получения быстрого твердения раствора и обретения прочности;
• заливка конструкций, эксплуатация которых происходит в условиях агрессивных сред (кроме щелочных);
• в качестве ускорителя процесса набора прочности в обычных бетонных смесях, а также для придания им повышенной морозоустойчивости и гидрозащиты;
• глиноземистый расширяющийся цемент требуется для формирования герметичных бесшовных конструкций;
• надежное укрепление закладных деталей и анкеров;
• обеспечение антикоррозийной защиты арматурной сетки;
• возведение емкостей большого объема для хранения агрессивных материалов;
• устройство огнеупорных сооружений;
• устранение аварийных протечек на водопроводных и канализационных сетях.

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.

Технология получения

Производство глиноземного цемента осуществляется двумя способами:

• Методом плавления. В этом случае получение требуемого материала происходит в результате плавления в специальных барабанах шихты. Процесс происходит при определенных значениях температуры, так как этот показатель является самым важным в технологии. Обожженное сырье измельчают до получения мелкого порошка и упаковывают в пластиковые мешки.
• Методом спекания. Особенность данной технологии заключается в изначальном измельчении сырья до порошкообразного состояния и последующего обжига в печи. Этот способ более быстрый, но качество цемента будет несколько ниже, чем при первом варианте изготовления.

Качество цемента зависит от тонкости помола, которую может обеспечить производитель. Более мелкие частицы лучше схватываются при приготовлении раствора и обладают более высокими прочностными характеристиками.

Применение в домашнем строительстве

Глиноземистый цементный состав показан к применению в частном домостроении, в частности его используют для оборудования печей и каминов, для устройства дымоходов, в качестве связующего раствора при возведении стен подвалов и погребов.

Перед тем, как разводить смесь для работы, следует изучить инструкцию и постараться тщательно перемешать раствор в короткие сроки, так как глиноземистые составы очень быстро схватываются.

Домашнему мастеру следует помнить, что на строительных рынках часто можно встретить некачественный или даже поддельный продукт, поэтому, во избежание проблем, следует поинтересоваться у продавца о наличии сертификата, и проверить вес упаковки на соответствие заявленному.

Предпочтение рекомендуется отдавать проверенным маркам: Secar, Cimsa Isidac, ГГЦР.

Глиноземистый цемент (ГЦ)

Глиноземистый цемент – гидравлическая строительная смесь, главная особенность которой – быстрое твердение на воздухе и в воде. Он предназначен для создания изделий и строительных конструкций, эксплуатируемых в воде и при контакте с химически агрессивными средами. Бетоны на основе традиционного портландцемента не способны долго сохранять характеристики во влажных условиях. Влага проникает в поры, вызывая коррозию арматурной стали, агрессивные сульфаты и другие соли быстро разрушают бетонный элемент и металл. Эффективной альтернативой обычному портландцементу в этих случаях является глиноземистый цемент, состав и физико-механические характеристики которого регламентируются ГОСТом 969-91.

Состав и особенности производства глиноземистого цемента

Продукт получают измельчением сырья, обогащенного глиноземом. В состав сырья входят оксиды:

• алюминия – 30-50%;
• кальция – 35-45%;
• кремния – 5-15%;
• железа – 5-15%.

В смеси также присутствуют: двухкальциевый силикат, алюминаты и балластные примеси. Для замедления схватывания вводят борную кислоту, буру, хлористый кальций. Для ускорения – известь, гипс, портландцемент. По процентному соотношению оксида кальция материал делится на высокоглиноземный (CaO более 40%) и низкоглиноземный (CaO менее 40%).

Существует два способа приготовления глиноземистого цемента: плавлением шихты или обжигом гранулированных компонентов.

Основные этапы технологии плавления:

• подготовка шихты;
• расплавление шихты в специализированных печах;
• охлаждение образовавшегося после расплавления продукта;
• грубое дробление;
• тонкий помол.

Этапы технологии спекания:

• просушивание компонентов;
• тонкий помол;
• гомогенизация в гранулы;
• обжиг;
• охлаждение;
• тонкий помол.

Российские заводы, специализирующиеся на производстве глиноземистых цементов, используют в основном технологию плавления.

Характеристики глиноземистого цемента

Алюминаты кальция, присутствующие в составе сырьевой смеси, обуславливают повышенные прочностные и хорошие вяжущие свойства. Процесс твердения ГЦ, в отличие от ПЦ традиционного состава, относится к экзотермическим реакциям, во время которых наблюдается интенсивное тепловыделение. В первые сутки выделяется наибольшее количество тепла, и в это время температура воздуха выше +30°C становится опасной, поскольку прочность готового продукта в этом случае резко снижается. Температура цементного теста может подниматься до +100°C.

В соответствии с ГОСТом глиноземистый цемент делится на марки, которые различаются по устойчивости к сжатию: ГЦ-40, ГЦ-50, ГЦ-60. По сравнению с обычным ПЦ, ГЦ образует искусственный камень более прочный, плотный, стойкий к химически активным средам. Марочную прочность продукт на базе глиноземистого цемента приобретает через 72 часа после начала твердения, на основе ПЦ – через 28 суток.

Ограничение по использованию этого продукта – невозможность эксплуатации в контакте с щелочными средами.

Отличительные свойства глиноземистого цемента:

• Возможность применения в зимних условиях, благодаря интенсивному теплоотделению.
• Сопротивление готового цементного камня воздействию жидких и газообразных сред, усложняющих эксплуатационные условия.
• Интенсивный набор прочности после отвердения.
• Высокая плотность готового продукта.

Области применения глиноземистого цемента

Искусственный камень на основе ГЦ используется в областях строительства, в которых необходимы: ускоренный набор прочности, повышенная стойкость к агрессивным средам, огнеупорность. Сферы использования глиноземистого цемента:

• изоляционные мероприятия в нефтяных скважинах;
• ликвидация течей в морских судах;
• производство резервуаров, эксплуатируемых в контакте с агрессивными средами;
• изготовление резервуаров, в которых хранится жидкое топливо;
• заделывание трещин гидроизоляционной штукатуркой в водопроводных коммуникациях, в которых давление передаваемой среды достигает 10 атмосфер;
• гидроизоляция подземных тоннелей;

• ремонт бассейнов и душевых комнат;
• устройство гидроизоляционных покрытий очистных сооружений;
• реконструкция ветхих строительных конструкций.

Особенности применения и пропорции компонентов в глиноземистом цементе

ГЦ используется не только в массовом, но и в индивидуальном строительстве для обустройства мест, в которых возможны интенсивные температурные воздействия, высокая влажность, влияние химически активных сред. Он востребован для обустройства дымоходов, отделки печей, монтажа вентиляционных труб.

В случае использования цемента, который хранился длительное время, требуется его разрыхление. Оптимально – размешать вяжущее в вибросите, оснащенном лопастным шнеком.

При использовании глиноземистого цемента в строительстве запрещается:

• пропаривать бетон;
• использовать для приготовления ГЦ подогретую, соленую, кислую, щелочную воду, оптимальная температура воды составляет +15…+18°C;
• применять заполнители, разогретые на солнце, а также заполнители, содержащие щелочи в химически несвязанном состоянии;
• изготавливать растворы или бетоны при использовании ГЦ и ПЦ в соотношении, большем чем 1/3.

Примерный расход ГЦ без его сочетания с ПЦ для приготовления 1 м 3 :

• раствора – 500-800 кг;
• бетона – 300-400 кг.

На 1 кг ГЦ понадобится примерно 0,4 л воды.

Оптимальная температура окружающей среды при отвердевании цементного камня в первые трое суток на воздухе или в воде – +15…20°C. При температуре ниже -10°C уложенную бетонную смесь защищают от промерзания с помощью укрывных материалов.

• Строитель с 20-летним стажем
• Эксперт завода «Молодой Ударник»

В 1998 году окончил СПбГПУ, учился на кафедре гражданского строительства и прикладной экологии.

Занимается разработкой и внедрением мероприятий по предупреждению выпуска низкокачественной продукции.

Разрабатывает предложения по совершенствованию производства бетона и строительных растворов.