Hlinitanový cement je rychle tuhnoucí (ale normálně tuhnoucí) hydraulické pojivo získané jemným mletím surové směsi bauxitu a vápna vypálené před tavením (nebo slinováním) s převahou nízkobazických hlinitanů vápenatých v hotovém výrobku. Pro zintenzivnění procesu mletí slínku je povoleno zavádět technologické přísady až do 2%, které nezhoršují kvalitu cementu a snižují jeho cenu. Složení cementového slínku zahrnuje nízkobazické hlinitany, přičemž hlavní složkou je hlinitan monokalcium CaO-Al12OXNUMX. Při smíchání hlinitocementového prášku s vodou probíhá tvorba plastického těsta, jeho následné zhutnění a tvrdnutí podobně jako u běžného portlandského cementu. Při interakci s vodou se monokalciumluminát hydratuje, nakonec vytvoří dikalcium oktahydrát hydroaluminát 2CaO’Al120-8HgO a hydrát oxidu hlinitého. Následně dikalciumhydroaluminátový gel houstne a hydratační produkty krystalizují. Zhutňování a krystalizace hlinitocementového gelu probíhá velmi intenzivně, což zajišťuje rychlý nárůst pevnosti. Asi v 5. Po 6 hodinách může pevnost hlinitanového cementu dosáhnout 30% nebo více pevnosti značky, po dni tvrdnutí může dosáhnout více než 90% a ve 3 dnech stáří pevnosti značky. Podle pevnosti v tlaku se hlinitanový cement dělí do tří tříd: 400, 500 a 600. Pro stanovení jakosti se poloviny vzorků nosníku o rozměrech 40X40X160 mm testují pod tlakem a vytvrzují se 3 dny za normálních podmínek. Hlinitanový cement je rychle tvrdnoucí, ale ne rychle tuhnoucí pojivo. Začátek tuhnutí by neměl nastat dříve než za 30 minut a konec nejpozději za 12 hodin. Nejpříznivějšími podmínkami pro tvrdnutí hlinitanového cementu jsou vlhké podmínky a normální teplota (20±5)°C. Nárůst pevnosti cementu při teplotách nad 25°C klesá. Může dokonce dojít k poklesu dosažené pevnosti a destrukce betonu v důsledku rekrystalizace dikalciumhydrohlinitanu na trikalciumhlinitan. Toto se nazývá onemocnění hlinitanového cementu. Proto není povoleno napařování výrobků pomocí hlinitanového cementu. Při teplotách pod normálem a blízkých nule dochází k uspokojivému tvrdnutí hlinitanového cementu, což se vysvětluje jeho vysokou exotermností. Do 1. Po 3 dnech tvrdnutí uvolní hlinitanový cement 1,5. 2krát více tepla než portlandský cement. Velký vývin tepla omezuje použití hlinitanového cementu v masivních konstrukcích, protože zahřívání betonu uvnitř hmoty a jeho ochlazování vně způsobuje tahová napětí ve vnějších vrstvách a tvorbu trhlin. Jemnost mletí je charakterizována zbytkem na sítu č. 008, který by neměl být větší než 10 % hmotnosti vzorku. Betony na bázi hlinitanového cementu jsou vodě, vzduchu a mrazu odolné, ve sladkých i síranových vodách odolné, ale v alkalických vodách se ničí. Vysoký vzduchový odpor hlinitanového cementu se vysvětluje zhutňováním a krystalizací produktů hydratace cementu a jejich nepatrnou deformovatelností při změně vzdušné vlhkosti. Betony na bázi hlinitanového cementu mají značnou hustotu, která určuje jejich vysokou mrazuvzdornost. Zvýšení hustoty usnadňuje gel hydrátu oxidu hlinitého vzniklý při hydrataci hlinitanu vápenatého, který má hustou strukturu. Použití hlinitanového cementu je výrazně omezeno jeho cenou (jedná se o 3. 4x dražší než portlandský cement), i když svými fyzikálními a chemickými vlastnostmi (rychlost tvrdnutí, trvanlivost v různých prostředích) předčí všechna ostatní pojiva včetně portlandského cementu. Hlinitanový cement se používá v případech, kdy jsou jeho specifické vlastnosti využívány nejracionálněji, například při urgentních restaurátorských pracích (oprava hrází, silnic, mostů, při urgentní výstavbě základů). Chemická odolnost hlinitanového cementu předurčuje jeho použití k ucpávání ropných a plynových vrtů, v potravinářských provozech, v mořicích a barvířských provozech a pro obložení důlních vrtů a tunelů. Hliníkový cement je ve srovnání s jinými pojivy odolný vůči vysokým teplotám (1200. Expandující portlandský cement (ROC) získává se z (% hm.): portlandský cementový slínek – 58, vysokoaluminiová vysokopecní struska – 63, dihydrát sádry – 5 a aktivní minerální přísada – 7, které jsou společně rozemlety na jemný prášek – cement. RPC se vyznačuje rychlejším nárůstem pevnosti než portlandský cement, zejména při krátkodobém napařování výrobků, vysokou hustotou a voděodolností cementového kamene až 7 MPa a více. RPC se používá na stejných místech jako jiné expanzní cementy a také při výrobě železobetonových prefabrikátů, což umožňuje zkrátit dobu tepelného zpracování na 10 hodiny. Tahový cement (TS) jsou vyrobeny na bázi portlandských cementových slínků (65 %) a hlinitanového cementu (70 %) s přídavkem dihydrátu sádry (16 %) společným broušením na měrný povrch minimálně 20 cm14/g. Tahový cement rychle tuhne (po 16 minutách) a rychle tvrdne, po dni normálního tvrdnutí získává pevnost až 3500 MPa. Charakteristickým znakem tohoto cementu je nejen jeho značná velikost, ale také vysoká expanzní energie, zajišťující vlastní pnutí kamene až 2 MPa. Tato vlastnost NC umožňuje jeho využití pro výrobu tzv. samonosných železobetonových konstrukcí, u kterých dochází k pnutí ve výztuži při expanzi tvrdnoucího cementu. V tomto případě výztuž může být namáhána dvou a trojosým způsobem, což je obtížné dosáhnout konvenčními metodami napínací výztuže. Tahový cement se doporučuje pro výrobu tlakových trubek a dalších tenkostěnných železobetonových výrobků a konstrukcí s napnutou výztuží. Nesmršťovací cement Jedná se o speciální cement – zpravidla se jedná o expandující, tahový a reoplastický cement s velmi malým smrštěním. U nestékavého betonu je zpravidla malé nebo žádné jak plastické smršťování, tak smršťování po tuhnutí. Vytvrzení však vyžaduje delší dobu než u jednoduchého betonu – od dvou do tří dnů. Reoplasticita – to je tekutost při nízkém obsahu vody. Nesmršťovací cement se ředí v poměru cca 3 kg sušiny na 1 litr vody nebo do 15% -20%. Výsledkem je, že směs 25 kg připravená k použití má objem 16,5 litrů. Při smíchání v tomto poměru má roztok velmi tekutou konzistenci. Hlavními provozními vlastnostmi betonu na bázi nesmrštitelného reoplastického cementu jsou tedy vysoká tekutost, vysoká zpracovatelnost a vysoké procento počáteční a konečné hustoty. Také reoplastický beton je odolný vůči oleji a uhlovodíkům – oleofobní. Výsledným reoplastickým nesmršťovacím betonem je viskózní beton, ve kterém se poměr vody a cementu shoduje se stejným poměrem v kontrolním betonu se sníženým sedáním kužele, přičemž i přes sedání do 20 cm nedochází k odlučování vody. Kromě nesmršťování a reoplastičnosti je beton odolný vůči síranům. Současně mohou reoplastické roztoky vzhledem k jejich nízkému obsahu vody vyžadovat opatření během doby tvrdnutí proti odpařování vody z povrchu – ošetření speciálním přípravkem na ošetřování betonu, který zabraňuje odpařování vlhkosti. Jinak při aplikaci v tenké vrstvě na povrch může nesmršťovací beton prasknout. Rozsah použití nesmršťovacího cementu je široký: získávání litých nesmršťovacích betonových směsí s vysokou počáteční a konečnou pevností; výroba maltových směsí určených k upevnění (kotvy); injektáž trhlin a dutin v betonových a kamenných konstrukcích; injektáž do kanálů s předpjatou výztuží nebo kotvami pod vysokým mechanickým namáháním; pokládka betonu s dodávkou do výšky nad 200 m a pokládka betonu ve výškách; pokládka betonu při nízké vlhkosti; pro tmelení spár o tloušťce několika milimetrů mezi kameny, zděnými plochami atd.; k lití malty do železobetonových prvků a konstrukčních spojů, k výrobě hustě vyztuženého betonu; základy jaderných elektráren a základy turbogenerátorů; zakládání přístavů, mola, opravy v průmyslových oblastech, kde jsou minerální oleje, maziva a paliva (uhlovodíky)
Hlinitanový cement je vysoce pevné pojivo, které rychle tvrdne ve vodě a na vzduchu, získané vypálením před slinováním nebo tavením směsi materiálů obohacených oxidem hlinitým a oxidem vápenatým; a následné jemné mletí produktu výpalu. Adstringentní vlastnosti hlinitanového cementu zajišťují převážně nízkobazické hlinitany vápenaté. Hlinitanový cement na rozdíl od portlandského cementu neobsahuje sádru ani aktivní minerální přísady. Může však obsahovat až 2 % speciálních přísad, které zintenzivňují proces mletí, pokud tyto přísady nesnižují jeho stavebně technické vlastnosti.
Chemické složení hlinitanového cementu se pohybuje v následujících mezích: Al2О3 – 35-50 %, SiO2 – 5-15 %, Fe2O3 -5-15 %, CaO -35-45 %. Mineralogické složení hlinitanového cementu závisí na složení surovin a technologii výroby. Nejdůležitějším minerálem tohoto pojiva je monoaluminát vápenatý (CaOA12О3), který zajišťuje rychlé tvrdnutí cementu při normálních dobách tuhnutí. Hlinitanový cement může obsahovat i jiné hlinitany vápenaté – 5CaOZA12О312CaO7A12О3Ca2A12Oz. Kromě toho hlinitanový cement obsahuje také ferity, aluminoferrity a křemičitany vápenaté. Hydraulická aktivita feritů a hlinitoferitů vápenatých je výrazně nižší než u čistých hlinitanů vápenatých. Silikátová složka hlinitanového cementu je zastoupena převážně dikalciumsilikátem, v tomto pojivu se však jedná o dosti inertní minerál, neboť v raných fázích tuhnutí hydratace C2S proudí nízkou rychlostí. Jako hlavní suroviny pro výrobu hlinitanového cementu se používá bauxit a vápenec nebo vápno. Vhodnost bauxitu pro výrobu hlinitanového cementu se posuzuje jakostním koeficientem: k = A12О3/ SiO2. Bauxit je považován za vhodný, pokud k>5-6 s obsahem SiO2 ne více než 8 %. Vápence obsahují SiO2 a MgO by nemělo překročit 1.5-2 %.
Existují dva způsoby, jak získat hlinitý cement:
metoda slinování, která zahrnuje vypalování směsi surovin v rotačních pecích před slinováním;
metoda tavení, která zahrnuje úplné roztavení směsi surovin.
Volba metody závisí především na chemickém složení bauxitu, protože to určuje teplotu výpalu. Faktem je, že surové směsi s vysokým obsahem SiO2 a Fe2O3 mají velmi blízké hodnoty teploty slinování a teploty tání, což ukládá určitá omezení pro provozní režim vypalovací jednotky.
Metoda slinování. Pomocí této technologie je možné použít pouze kvalitní a homogenní bauxit, který obsahuje SiO2 ne více než 8 %, Fe2O3 – ne více než 10 %. V tomto případě je technologicky možné provést výpal před spékáním bez nebezpečí roztavení vypalovaného materiálu. Technologie výroby hlinitanového cementu touto metodou je podobná schématu výroby portlandského cementu. Vypalování se však provádí velmi opatrně při teplotách ne vyšších než 1250-1350 °C, protože již při 1400 °C se objevuje značné množství taveniny, která může narušit normální provoz pece. Slínek získaný touto technologií se mele lépe než slínek získaný metodou tavení.
Při výrobě hlinitanového cementu se rozšířil způsob tavení, což je způsobeno možností použití hrubě mleté surovinové směsi na bázi surovin s vysokým obsahem nečistot (včetně tavidla), které jsou částečně odstraněny při výpalu . Tavení vsázky probíhá při relativně nízkých teplotách (1380-1600°C) a probíhá v kuplovnách, vysokých pecích, elektrických obloukových pecích nebo konvertorech v redukční nebo oxidační atmosféře.
Při tavení v elektrických obloukových pecích je nutná předběžná tepelná úprava surovin – nízkoteplotní pálení vápence až do úplné dekarbonizace a bauxitu – až do úplné dehydratace. V opačném případě může dojít v elektrické obloukové peci k výbuchu v důsledku náhlého uvolnění plynů. Pec je naplněna páleným vápnem a bauxitem, dále železnou rudou, kovovým šrotem a koksem. Během tavení se oxidy železa a křemíku přítomné v surovině redukují a vzájemně se ovlivňují za vzniku ferosilicia. Vzhledem k tomu, že hustota ferosilikonové taveniny je 6,5 g/cm 3 a hustota cementové taveniny je 3 g/cm 3, dochází k jejich přirozené delaminaci. Odděleným spojením horní a spodní vrstvy těchto tavenin se získají dva produkty – hlinitocementový slínek a ferosilicium, široce používané v metalurgii. Tavení probíhá při teplotách 1800-2000°C a periodické uvolňování taveniny z pece do forem se provádí při 155°-16°О°С. Vychlazený slínek se posílá na drcení a mletí. Tavení v elektrických obloukových pecích umožňuje získat vysoce kvalitní hlinitanový cement, vyžaduje však vysokou spotřebu energie.
Při tavení ve vysokých pecích („ruská metoda“) Současně se vyrábí hlinitý slínek a litina. Surovinová směs sestávající z železnatého bauxitu, vápence, kovového šrotu a koksu se do pece nakládá po vrstvách. V důsledku vysokopecního procesu se z rudy získává roztavená litina a ve formě strusky se získává hlinitý slínek. Teplota roztavené aluminové strusky uvolněné z vysoké pece je 1550-165°C a teplota litiny je 1450-1500°C. Roztavená struska se nalévá do forem, kde pomalu chladne a krystalizuje. Množství vyrobené litiny se přibližně rovná množství hlinitého slínku. Při vysokopecním tavení se oxid křemičitý zcela nezískává, proto je při této technologii nutné používat bauxit s nízkým obsahem oxidu křemičitého a přísně kontrolovat chemické složení zapálené vsázky. Vypalování ve vysoké peci je velmi ekonomické.
Mikrostruktura a kvalita taveného slínku jsou do značné míry určeny režimem chlazení. Při pomalém ochlazování krystaly rostou v příznivých podmínkách a dosahují velkých velikostí. Rychle ochlazený slínek obsahuje značné množství skleněné fáze. Roztavený slínek se vyznačuje vysokou tvrdostí, proto se k jeho mletí v první fázi mletí používá ve výkonných drtičích dvoustupňové drcení. Drcený slínek je nutně podroben elektromagnetické separaci za účelem zachycení a oddělení kovového železa a ferosilicia. Jemné mletí slínku se provádí v kulových mlýnech. V tomto případě se pro zintenzivnění mletí přidávají až 2 % přísad obsahujících uhlík (jemné uhlí, saze). Vzhledem k velkému opotřebení mlecích médií je nutné mlýny přetěžovat častěji než při mletí portlandského cementu. Spotřeba elektrické energie na mletí taveného slínku je přibližně dvakrát vyšší než na mletí slínku stejného složení, vypáleného před slinováním. Mletí se, dokud zbytek na sítu č. 008 není větší než 10 %.
Hydratace hlinitanového cementu. Při smíchání prášku hlinitanového cementu s vodou probíhají fyzikální procesy jako tvorba plastického těsta, jeho následné zhutnění a tuhnutí stejně jako při míchání portlandského cementu s vodou. Ale chemická stránka hydratace a tvrdnutí hlinitanového cementu má významné rysy. Při interakci s vodou vytváří hlinitan vápenatý jako primární fázi hydroaluminát vápenatý o složení SAN,, což je nestabilní sloučenina a následně rekrystalizuje za vzniku C2AH8 podle schématu: 2[CaO Al23] +20N2O -> 2[CaO Al2О310H2O]
Hydratační produkty se uvolňují ve formě gelovitých hmot. Při dalším tvrdnutí gel hlinitanu vápenatého houstne a krystalizuje další množství novotvarů, což vede k intenzivnímu tvrdnutí kamene. Kromě složení hydroaluminátu vápenatého C2AN8 vzniká také hydroaluminát C4AN13. Obě tyto fáze krystalizují jako hexagonální deskovité krystaly a jsou metastabilní; postupem času je možné přeměnit je na stabilní kubickou formu hydrohlinitanu vápenatého o složení C3AN6, ale při pokojových teplotách k tomuto přechodu dochází pomalu. Proto hlinitocementový kámen, vytvrzený za normálních podmínek, sestává převážně z hexagonálních lamelárních vápenatých hydroaluminátů a hydroxidu hlinitého. Při vyšších teplotách se urychluje rekrystalizace C2AN8 a C4AN13 v C3AN6, což vede k výraznému poklesu pevnosti v důsledku vznikajících vnitřních pnutí.
Procesy hydratace a tuhnutí hlinitanového cementu se tedy vyznačují následujícími charakteristickými znaky: je vázáno velké množství kódu; uvolňují se gelovité hmoty vápníku a A1 hydroaluminátů2(ON)3proces je doprovázen uvolňováním velkého množství tepla (vysoce exotermické pojivo); rychlosti hydratačních a vytvrzovacích reakcí jsou vyšší než u portlandského cementu (rychle tvrdnoucí pojivo); povaha nových útvarů a následně vlastnosti cementu do značné míry závisí na teplotních podmínkách tuhnutí; Kámen vzniklý při kalení se vyznačuje zvýšenou hustotou, odolností proti korozi, mrazuvzdorností a je méně náchylný ke smršťování.
Třída hlinitanového cementu je určena pevností v tlaku vzorků připravených z roztoku tuhé konzistence složení 1:3 ve stáří 3 dnů. Hlinitanový cement se vyrábí ve třech jakostech: 400, 500 a 600. Zároveň je normována nejen třídenní pevnost, ale i pevnost po 1 dni tvrdnutí, u jakostí 400, 500 a 600 by měla být v uvedeném pořadí ne méně než 23, 28 a 33 MPa. Následující údaje ukazují, že toto pojivo je rychle tvrdnoucí: po 5-6 hodinách vytvrzování dosahuje pevnost 30% pevnosti značky a po 1 dni – 55-60%. V tomto případě se první den uvolní 70-80 % celkového hydratačního tepla (u portlandského cementu k tomu dochází až po 7. dni tvrdnutí). Hlinitanový cement však tuhne v obvyklém čase: začátek tuhnutí nastane nejdříve 30 minut a konec – nejpozději 12 hodin od okamžiku míchání. Se zvýšením jemnosti mletí cementu a zvýšením teploty záměsové vody se zkracuje doba tuhnutí. Také se prudce sníží, když se do hlinitanového cementu přidá vápno nebo portlandský cement, ale zároveň to vede ke snížení pevnostních vlastností. Hlinitanový cement proto nelze s takovými látkami míchat.
Vzhledem k tomu, že hlinitanový cement tvrdne hodně teplem, je vhodné jej používat při nízkých teplotách betonování, ale jeho použití v masivním betonu a v podmínkách vysokých teplot (v horkém klimatu nebo při napařování) je vyloučeno.
Hlinitanový cement se vyznačuje zvýšenou voděodolností a odolností proti působení síranů, chloridů, oxidu uhličitého a dalších mineralizovaných vod. To je vysvětleno zvýšenou hustotou a odolností betonu proti vodě při použití takového pojiva, jakož i nepřítomností snadno rozpustných látek v něm a ochranným účinkem filmů hydroxidu hlinitého, které obalují částice cementového kamene. Alkalické roztoky však ničí cementový kámen a beton na bázi hlinitanového cementu.
Navzdory své vysoké kvalitě není hlinitý cement tak rozšířený jako portlandský cement, protože surovinová základna pro jeho výrobu je omezená a jeho cena je 3-4krát vyšší než cena portlandského cementu. Hlinitanový cement je vhodné použít v případech, kdy jeho specifické vlastnosti (vysoká pevnost dosažená v krátké době tvrdnutí, vysoký vývin tepla, odolnost proti korozi) lze plně využít a ekonomicky odůvodnit jeho použití místo portlandského cementu. Může se jednat o vysokorychlostní výstavbu, betonáž při havarijních pracích, zimní betonáž, výstavbu konstrukcí, které jsou provozovány v podmínkách vystavení agresivnímu prostředí, ale i výrobu požárně odolného betonu. Hlinitanový cement je základem pro výrobu expandujících cementů.
