Минерологичен състав и структура на циментов камък върху алуминиев цимент
За разлика от портландцимента, където преобладаващите съставки са калциеви силикати, т.е. вещества, състоящи се от вар и силициева киселина, алуминатите преобладават в алуминиевия цимент. Съответно варовикът се използва като суровина за производството на алуминиев цимент и вещества, богати на алуминиев оксид, главно боксити. Разликата в химичния състав между алуминиевия и портландцимента може да се види от табл. 40.
Таблица 40. Химичен състав на алуминиев и портланд цимент,%.
Алуминиевият цимент се получава от боксит чрез топене в пещи с водна риза, електрически пещи и доменни пещи, както и; чрез синтероване в реверберационни пещи. Основната, най-активна част от цимента е единичен калциев алуминат CaO A1203- (CA), който причинява висока якост в ранните етапи на втвърдяване при нормално втвърдяване. Заедно с него циментът съдържа 5CaO 3A1203 - (C5A3), който се характеризира с много бързо втвърдяване и, когато е хидратиран, дава висока якост в ранните етапи на втвърдяване с намаляване в по-късните периоди, и 3CaO • 5A1203 - (C3A5) с ниски стягащи свойства, бавно втвърдяване и бавно втвърдяване.
Физическите и химичните процеси, протичащи по време на неговото втвърдяване, са в основата си подобни на процесите, протичащи по време на втвърдяването на портландцимента. Въз основа на голямо количество данни за микроструктурата и минералогичния състав на алуминистите шлаки, използвани за производството на алуминиев цимент, е установено наличието на следните минералогични съставки на цимента: CaO AI2O3 - (CA); 12CaO 7A1203 (вместо C5A3); 2CaO-A1203 SiO2-(C2AS) и CaO 2A1203 (вместо C3A5). Понякога алуминиевият цимент погрешно се нарича бързо втвърдяващ се. Не е правилно,тъй като това е нормално втвърдяващ цимент (началото на втвърдяване след 2-3 часа и краят след (3-8 часа). Двуалуминиевият цимент е цимент с висока якост и бързо втвърдяване. Разтворите (към бетони) върху алуминиев цимент придобиват около 70% якост по отношение на 28 дни на ден. По-нататъшното увеличаване на якостта след 28 дни е незначително.
По време на втвърдяването на алуминиев цимент се отделя голямо количество топлина за кратък период от време, което води до значително повишаване на температурата в ранните етапи на втвърдяване. Отделянето на топлина е толкова интензивно, че до деня на възрастта се отделя до 70-80% от общото количество топлина (за портландцимента същият процент до 7 дни). Количеството топлина, отделено по време на втвърдяването на алуминиевия цимент, е приблизително пропорционално на активността на цимента. При изграждането на масивни конструкции трябва да се има предвид, че в резултат на силното самонагряване на бетон върху алуминиев цимент могат да се появят вътрешни напрежения в бетонното тяло поради температурната разлика между центъра и периферията. В допълнение, самонагряването може значително да повлияе на процеса на втвърдяване. При температури 15-25°C хидратацията протича по реакцията:
Калциевият хидроалуминат хептахидрат, образуван в резултат на реакцията, е доста стабилен при тази температура и придава висока якост на циментовия камък. Ако процесът на хидратация на алуминиев цимент протича при; температури над 25°, заедно с 2СаО А1203 nН20 се образува 3СаО AI2O3 6Н20 — хексахидратен трикалциев алуминат. Колкото по-висока е температурата, толкова по-голямо количество 3CaO Al2Oe 6H20 се образува. Това съединение се получава в кристали на кубичната система, които имат по-малко адхезия към останалата маса на втвърдения цимент споредв сравнение с шестоъгълни таблетки 2CaO A1203 aq.
Ако втвърдяването на алуминиевия цимент настъпва при температури над 30 ° с образуването на хидроалуминат, тогава якостта на втвърдения циментов камък намалява 3-4 пъти. Степента на вредното въздействие на температури над 30 ° върху якостта зависи от възрастта, на която действа повишената температура: ако например циментът е затворен при 30 ° и повече и температурата не се понижи през целия период, циментовият камък има ниска якост; ако повишената температура започне да действа върху почти вече втвърден циментов камък (например на възраст 16-18 часа), тогава силата ще намалее много по-малко (с 10-20%). Това се дължи на превръщането на дикалциевия хидроалуминат в трикалциев.
Посочените разпоредби относно екзотермията и влиянието на температурите върху процесите на втвърдяване трябва да се вземат предвид при използването на алуминиев цимент в строителството като цяло и по-специално в огнеупорния бетон и изграждането на термични възли и строителни конструкции от него. Като се има предвид всичко по-горе, е необходимо да се стремим към минималната температура на смесване на бетона (5-15 °), да се предотврати нагряването на инерт и вода, да се вземат мерки за бързо охлаждане на конструкцията по време на периода на интензивно самонагряване (поливане със студена вода, защита от слънчева светлина и др.).
За да се елиминира отрицателният ефект на трикалциевия алуминат, беше предложено да се добавят 25-30% анхидрит, получен чрез изпичане на гипс при 600-700 ° към алуминиев цимент. Анхидритът свързва трикалциевия алуминат с калциевия сулфоалуминат, което подобрява свойствата на алуминиевия цимент и позволява използването му за големи бетонни маси. Този цимент, наречен AG-цимент (анхидритно-алуминиев цимент) има при повишени температури (45-65 °) значителнопо-голяма якост от чист алуминиев цимент. Много интересен въпрос е възможността за добавяне на фино смляна гранулирана доменна шлака. Когато към алуминиевия цимент се добави 10-20% от теглото на шлаката, якостта на натиск практически не намалява, а якостта на опън дори леко се увеличава.
С добавянето на големи количества шлака (до 50%) може да се получи нов вид цимент - така нареченият шлаково-алуминиев цимент, чиято якост е малко по-ниска от тази на чистия алуминиев цимент, но скоростта на втвърдяване е същата. Двуалуминиевият цимент не трябва да се разглежда като свързващо вещество, способно да замени Портланд цимента; не е предназначен за масово строителство, където обикновеният портландцимент е доста приложим, а където неговите специфични свойства са ценни. Свойствата на алуминиевия цимент са особено ценни за приготвянето на огнеупорен бетон. Смеси от алуминиев цимент с различни огнеупорни добавъчни материали са силно устойчиви на високи температури.