Глиноземистый цемент

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

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.

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.

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.

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.

Особые свойства глиноземистого цемента:

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.

Маркируется продукция ГОСТом. 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.

Особые виды ГЦ:

  • 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.
  • 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.

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.

Бетоны и растворы на основе портландцемента общего назначения имеют вредную особенность уменьшаться в объеме. При этом строительный материал может давать усадку до 3% объема и до 4 мм на 1 метре поверхности.

Если при возведении конструкций общего назначения подобное поведение бетона допустимо, то при возведении сооружений специального назначения, даже небольшая усадка недопустимо. Более того, в некоторых случаях требуется увеличение объема материала. Способностью при наборе прочности увеличиваться в объеме обладает цемент гипсоглиноземистый, и соответственно бетоны и растворы на его основе.

Характеристики

Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент представляет собой разновидность глиноземистого цемента. В состав вяжущего этого типа входит тонкоизмельченный гипсовый камень (30%)и глиноземистый доменный шлак (70%).

Технические характеристики данного материала регламентированы нормативным документом – цемент гипсоглиноземистый расширяющийся ГОСТ 11052 74, и представлены в следующей таблице:

Характеристика в соответствии с ГОСТ 11052-74 Допустимые значения в соответствии с ГОСТ 11052-74
Прочность на сжатие через 72 часа после затворения 275 кгс/см2
Начало схватывания после затворения Не ранее 15 минут и не позднее 4 часов
Изменение объема при наборе прочности в воде в течение 28 суток Равномерное
Линейное расширение через 72 часа после затворения Не менее 0,1% не более 0,7%.
Фильтрация воды при избыточном давлении 10 кгс/см2 через 24 после затворения 0
Гарантийный срок с момента отгрузки потребителю 60 суток

Сфера применения

Область применения данного материала определяется его уникальными техническими характеристиками. Гипсоглиноземистый цемент используется для изготовления безусадочных водонепроницаемых расширяющихся бетонов, растворов и гидроизоляционных обмазок.

  • Метростроение: заделка швов между бетонными конструкциями, гидроизоляция, ремонт и усиление старых конструкций.
  • Гражданское и промышленное строительство: гидроизоляция фундаментов, возведение бетонных емкостей, заделка швов и раструбов канализационных и водопроводных коллекторов эксплуатирующихся под избыточном давлении до 10 кгс/см2.
  • В муниципальном хозяйстве: гидроизоляция очистных сооружений, заделка швов, ликвидация аварийных ситуаций, ремонтные работы конструкций и помещений, работающих в условиях повышенной влажности.

Строительные характеристики и особенности

  • Бетон на гипсоглиноземистом расширяющемся цементе набирает прочность в условиях сильного увлажнения в течение 3-7 суток после затворения. Это обязательное условие применения связующего этого вида.
  • Изделия из гипсоглиноземистого цемента допускают пропарку при температуре не более 100 градусов Цельсия.
  • Прочность бетона при аналогичных соотношениях компонентов, соответствует материалу, приготовленному на основе портландцемента ЦЕМ I 32,5Н ПЦ (М400) или ЦЕМ I 42,5Н ПЦ (М500).
  • Адгезия бетона на гипсоглиноземистом цементе в бетонам на основе других типов связующего – отличное.
  • Стойкость к сульфидно-сульфатной воде отличная.
  • Огнестойкость выше, чем у портландцемента.
  • Гипсоглиноземистый цемент является преимущественным при омоноличивании массивных ЖБИ и замоноличивании анкерных шпилек и болтов.

Инструкция по приготовлению растворов

Пример приготовления тяжелого расширяющегося бетона для строительства монолитной поземной конструкции столичного метрополитена. Расход компонентов на 1 м3 раствора:

  • Цемент гипсоглиноземистый: 525 кг.
  • Песок карьерный:645 кг.
  • Щебень гранитный: 1055 кг.
  • Вода: 200 л.

Соответственно пропорции компонентов для расчета меньшего количества материала:1 часть цемента, 1,23 части песка, 2 части щебня, 0,4 части затворителя. Практические рекомендации:

  • Для замешивания бетона на гипсоглиноземистом цементе не допускается применение сточную и маркую воду, а также воду, с различными примесями (сахара, масло и пр.).
  • Учитывая способность такого бетона твердеть в течение короткого промежутка времени, следует каждые 2 часа очищать инструмент и технологического оборудование от остатков материала.
  • Чтобы получить долговечную конструкцию или сооружение придерживаются определенных правил ухода. Через 5-6 часов после заливки открытую поверхность бетона поливают водой. Через 48 часов производят разопалубку и поливают водой все сооружение. Все поверхности покрывают влажными матами, ветошью, рогожами, которые по мере высыхания поливают водой в течение 5-6 суток.

Производители гипсоглиноземистого цемента

В Российской Федерации на производстве расширяющегося цемента соответствующего ГОСТ 11052-74 специализируется предприятие ОАО Пашийский металлургическо-цементный завод, расположенный по адресу: Россия, Пермский край, Горнозаводский район, п. Пашия, ул. Свободы, строение №43.

Цена на цемент гипсоглиноземистый (средняя) на розничном рынке составляет 1400-1500 рублей за 1 мешок. Отгружается с завода в бумажных мешках массой 50 кг и контейнерах МКР-1,ОС.

В связи с небольшим гарантийным сроком годности гипсоглиноземистого цемента, высокой стоимостью и ограниченной областью применения, крупные партии материала принимаются к производству по индивидуальному заказу.

ГОСТ 11052-74 Цемент гипсоглиноземистый расширяющийся

ГОСТ 11052-74
Группа Ж12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
ЦЕМЕНТ ГИПСОГЛИНОЗЕМИСТЫЙ РАСШИРЯЮЩИЙСЯ
Gypsum-alumina expanding cement

Дата введения 1976-01-01

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством промышленности строительных материалов СССР
ИСПОЛНИТЕЛИ

И.В.Кравченко, З.Б.Энтин (руководители темы), Т.В.Кузнецова, С.Г.Безрукова, Н.Е.Микиртумова

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета Совета Министров СССР по делам строительства от 17.12.74 N 241

3. Взамен ГОСТ 11052-64

4. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ (НТД)

5. ПЕРЕИЗДАНИЕ (октябрь 1989 г.).
Настоящий стандарт распространяется на гипсоглиноземистый расширяющийся цемент, представляющий собой смесь тонко измельченных высокоглиноземистых доменных шлаков и природного двуводного гипса (далее — цементы).
Цемент предназначен для изготовления расширяющихся, безусадочных, водонепроницаемых бетонов и растворов, применяемых при замоноличивании стыков конструкций и заделке раковин в бетоне, для гидроизоляции стыков сборной обделки тоннелей при водопритоке через швы, для зачеканки раструбов стыковых соединений труб, рассчитанных на рабочее давление до 1 МПа (10 ати), создаваемое в трубе через 24 ч после замоноличивания, при строительстве перемычек в емкостях для хранения топлива и других аналогичных целей.

1. Технические требования

1. Технические требования

1.1. Временное сопротивление (предел прочности) при сжатии половинок образцов-балочек размерами (40х40х160) мм, изготовленных из раствора состава 1:3 (по массе) с нормальным песком, через 3 сут твердения должно быть не менее 28 МПа (280 кгс/см).

1.2. Начало схватывания должно наступить не ранее 10 мин, а конец — не позднее 4 ч от начала затворения.
Примечание. Допускается для замедления сроков схватывания введение до 1% специальных добавок от массы цемента, не ухудшающих его свойств, в тех случаях, когда по соглашению между заводом-изготовителем и потребителем могут быть приняты другие сроки схватывания, а также до 1% от массы цемента специальных добавок для облегчения процесса помола.

1.3. Цемент при твердении образцов в воде в течение 28 сут должен меняться в объеме равномерно.

1.4. Тонкость помола должна быть такой, чтобы при просеивании цемента сквозь сито с сеткой № 008 по ГОСТ 6613 проходило не менее 90% массы пробы.

1.5. Линейное расширение образцов размером (40х40х160) мм, изготовленных из цементного теста нормальной густоты, через 3 сут с момента изготовления должно быть не менее 0,1% и не более 0,7%.

1.6. Количество ангидрида серной кислоты ( ) в цементе не должно превышать 17%.

1.7. Бетоны и растворы, приготовленные из гипсоглиноземистого цемента, должны обладать водонепроницаемостью. При испытании образцов-цилиндров из раствора 1:2 (по массе) с нормальным песком высотой и диаметром 150 мм, проведенном через 24 ч после изготовления, на них не должно наблюдаться признаков фильтрации воды при избыточном давлении 1,0 МПа (10 ати).

2. Правила приемки

2.1. Цемент должен быть принят службой технического контроля предприятия-изготовителя.

2.2. Поставляют и принимают цемент партиями.

2.3. Размер партии устанавливают в количестве 300 т.
При объеме поставки цемента менее 300 т ее считают целой партией.

2.4. При отгрузке цемента водным транспортом размеры партии цемента устанавливают соглашением между предприятием-изготовителем и потребителем.

2.5. Количество поставляемого цемента определяют по массе взвешиванием вагонов на железнодорожных весах или автоцементовозов на автомобильных весах.
Массу цемента, отгружаемого в судах, определяют по осадке судна.

2.6. Потребитель имеет право производить контрольную проверку соответствия цемента требованиям настоящего стандарта, применяя при этом указанный ниже порядок отбора проб.

2.7. Для контрольной проверки качества цемента от каждой партии отбирают среднюю пробу в количестве 20 кг.

2.8. Пробу отбирают в количестве 1 кг из одного мешка от каждых 300 мешков в партии при поставке цемента в мешках и по 1 кг от каждых 15 т цемента при поставке цемента автомобильным транспортом.

2.9. Отобранные от каждой партии пробы цемента тщательно смешивают, квартуют и делят на две равные части.
Одну из них помещают в плотно закрытую тару и хранят в сухом помещении в течение 2 мес с момента отгрузки на случай повторного испытания при конфликте с потребителем. На таре контрольной пробы указывают дату отгрузки, номер партии и название цемента. Другую часть от общей пробы цемента высыпают в противень, выравнивают слой до толщины 3-5 см и оставляют в лаборатории на сутки, после чего цемент испытывают с целью определения показателей, предусмотренных разд.1.

2.10. При получении неудовлетворительных результатов испытаний хотя бы по одному из показателей, проводят повторное испытание по этому показателю, для чего вновь отбирают удвоенное количество проб.

Если результаты повторного испытания не будут удовлетворять требованиям стандарта, то вся партия цемента приемке не подлежит.

3. Методы испытаний

3.1. Прочность образцов определяют по ГОСТ 310.4 со следующими изменениями: образцы-балочки в формах первые 6 ч с момента изготовления хранят в ванне с гидравлическим затвором, после чего их погружают в воду, а через (24±2) ч с момента изготовления вынимают из форм и погружают в воду.

3.2. Равномерность измерения объема определяют по ГОСТ 310.3 со следующими изменениями: образцы-лепешки помещают в ванну с гидравлическим затвором, через (24±2) ч с момента изготовления лепешки погружают в воду, где хранят при температуре (20±2)°С в течение 27 сут.

3.3. Определение линейного расширения

3.3.1. Для определения линейного расширения изготовляют три образца-балочки размером (40х40х160) мм из цементного теста нормальной густоты по ГОСТ 310.3.
В форму для изготовления образцов, в специально сверленные полушаровые углубления (луночки), закладывают с каждой торцевой стороны стальные шарики диаметром 6 мм с припаянными проволоками, отогнутыми внутрь формы.
Для приготовления цементного теста отвешивают 1500 г цемента. Тесто после приготовления укладывают в гнезда формы, внутренние стенки которых предварительно смазывают тонким слоем машинного масла и штыкуют 15 раз ножом, а затем ножом аккуратно срезают избыток теста и сглаживают поверхность образцов, передвигая нож от середины к краям призм. Не допускается уплотнять образцы вибрированием.

3.3.2. Образцы-балочки освобождают от форм и нумеруют через 1 ч от начала затворения цементного теста.
После этого измеряют длину образцов с точностью до 0,01 мм и погружают в воду температурой (20±2)°С. Через (72±4) ч после начала затворения образцы извлекают из ванны, протирают и немедленно измеряют их длину.

3.3.3. Линейное расширение определяют путем измерения образцов-балочек при помощи прибора, указанного на чертеже.

Чертеж

Прибор состоит из стойки 1, держателя 2, нижней опоры 3 и индикатора 4, позволяющего устанавливать изменение длины образца по сравнению с эталоном.
Индикатор прибора должен иметь шкалу с ценой деления не более 0,01 мм.

3.3.4. Для контроля показаний прибора применяют эталон, изготовленный из материала с малым коэффициентом термического расширения, в центре торцевой стороны которого заделаны стальные шарики диаметром 6 мм. Длина эталона должна быть 160 мм.
Точные размеры длины эталона устанавливают органы Госстандарта СССР.
Измерительный стержень индикатора должен иметь на конце полушаровое углубление. На подставке стойки 1 на одной оси с измерительным стержнем должна быть расположена неподвижная опора с полушаровым углублением.

3.3.5. Длину образцов измеряют следующим образом. Перед каждым измерением устанавливают при помощи эталона нулевую точку прибора, затем измерительный стержень индикатора поднимают настолько, чтобы образец проходил между измерительным стержнем и нижней неподвижной опорой, находящейся на подставке стойки.
Образец устанавливают нижним шариком в углубление на конце неподвижной опоры и опускают измерительный стержень до тех пор, пока верхний шарик образца войдет в углубление на конце измерительного стержня. Образец вращают до тех пор, пока шарики образца не войдут плотно в углубление опоры и измерителя, а стрелка индикатора перестанет отклоняться. После этого отсчитывают показания индикатора и снимают образец.

3.3.6. Линейное расширение образца () в процентах вычисляют по формуле

где — первоначальный отсчет, произведенный при измерении свежеизготовленного образца, мм;

— отсчет длины при последующих измерениях образца, мм.
За величину линейного расширения цемента принимают среднее арифметическое значение величин линейного расширения трех образцов. Расхождение между результатами трех определений не должно превышать 15%.

3.4. Определение водонепроницаемости

3.4.1. Для определения водонепроницаемости изготавливают образцы-цилиндры диаметром и высотой 150 мм из цементно-песчаного раствора состава 1:2 по массе с водоцементным отношением 0,3.
Образцы уплотняют на виброплощадке по ГОСТ 310.4.
Для испытания должны быть изготовлены три образца, причем каждый образец готовят и уплотняют отдельно. Образцы через 6 ч после изготовления погружают в воду, где хранят до момента испытания.
Через (72±4) ч после изготовления образцы извлекают из ванны, тщательно протирают и испытывают.
Для испытания образцы помещают в металлические цилиндрические формы внутренним диаметром 155 мм и высотой 150 мм, изготовленные из стальных цельнотянутых труб.
Промежуток между формой и образцами должен быть заполнен расправленным уплотняющим составом (воск, битум), не допускающим фильтрацию воды между образцом и формой. Перед заливкой форма должна быть прогрета до температуры, близкой к температуре плавления уплотняющего состава.
Для удаления цементной пленки и следов уплотняющего состава торцевые поверхности образцов перед испытанием должны быть тщательно очищены стальной щеткой.
После окончания подготовки образцов к испытанию и до начала испытания формы с образцами должны быть покрыты влажной тканью.
Образцы испытывают на приборе любой конструкции, которая обеспечивает возможность подачи к нижней торцевой поверхности образцов воды при возрастающем давлении до 1 МПа (10 ати), а также измерение давления воды и возможность наблюдения за состоянием верхней торцевой поверхности образцов.

Температура помещения, в котором проводят испытание, должна быть (20±2)°С, относительная влажность воздуха — не менее 60%.
Испытания начинают при давлении воды 0,1 МПа (1 ати), затем через 2 ч давление повышают до 0,2 МПа (2 ати) и далее через каждые 4 ч повышают давление ступенями по 0,2 МПа (2 ати).
Образцы считают выдержавшими испытания, если после 2 ч выдержки при давлении 1,0 МПа (10 ати) ни на одном из них не наблюдается признаков просачивания воды.

4. Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение

4.1. Цемент отгружают в бумажных мешках, контейнерах или цементовозах.
При отгрузке водным транспортом способ упаковки определяется соглашением сторон.

4.2. Для упаковки должны применяться четырех-, пяти- или шестислойные бумажные мешки по ГОСТ 2226.

4.3. На бумажных мешках должно быть четко обозначено наименование завода, его товарный знак, вид цемента, номер партии, дата затаривания, обозначение настоящего стандарта.

4.4. Каждая отгружаемая партия цемента должна сопровождаться паспортом, удостоверяющим ее соответствие требованиям настоящего стандарта.
В паспорте должно быть указано:
наименование и адрес предприятия-изготовителя;
вид цемента и предел прочности;
величина линейного расширения;
номер партии;
обозначение настоящего стандарта.

4.5. При транспортировании и хранении цемент должен быть предохранен от воздействия влаги и загрязнения посторонними примесями.

4.6. Не допускается смешивание гипсоглиноземистого цемента с другими видами цемента.

5. Гарантии изготовителя

5.1. Предприятие-изготовитель гарантирует соответствие цемента требованиям настоящего стандарта при соблюдении потребителем условий транспортирования и хранения, установленных стандартом.

5.2. Гарантийный срок — 2 мес с момента отгрузки.
Текст документа сверен по:
официальное издание
Госстрой СССР —
М.: Издательство стандартов, 1990

При твердении глиноземистого цемента основное входящее е его состав соединение — однокальциевый алюминат — подвергается гидратации, в процессе которой образуется десятиводный гидроалюминат — СаО*Аl2О3*10H2O в виде мелких пластинчатых кристаллов. Это соединение переходит затем в более устойчивый двухкальциевый гидроалюминат (в виде гексагональных пластинчатых кристаллов) с выделением геля гидрата глинозема Аl2О3*3Н2O. Эти процессы выражаются общей реакцией:

2(CaO*Al2O3)+11H2O=2CaO*Al2O3*8H2O+Al2O3*3H2O

Возможно образование и трехкальциевого гидроалюмината (3СаО*Аl2О*6Н2О) В виде кубических кристаллов в случае твердения глиноземистого цемента при температуре выше 25-30 0С.

Другие соединения, встречающиеся в глиноземистом цементе: 5СаО*3Аl2О3, СаО*2Аl2О3, ферриты кальция, а также двухкальциевый силикат, подвергаются гидратации с о6разованием гидроалюминатов, гидроферритов и гидросиликатов кальция.

Происходящие при твердении физико-химические процессы в основном аналогичны протекающим при твердении цемента.

Глиноземистый цемент быстротвердеющий, но не быстросхватывающийся. Начало его схватывания по стандарту (ГОСТ 969-41) должно наступать не ранее 30 мин, а конец не позднее 12 ч. Если глиноземистый цемент смешать в пропорции 1: 1 с цементом, то смесь очень быстро схватывается и дает низкопрочный продукт. Объясняется это тем, что выделяющийся при твердении цемента гидрат окиси кальция быстро соединяется с появляющимся при твердении глиноземистого цемента гидратом глинозема или гидроалюминатом кальция, образуя малопрочный 3СаО*Аl2О3*6Н2О. В результате Аl(ОН)3 и Са(ОН)2 из сферы действия реакции исчезают, что значительно ускоряет ход гидролиза СаО*Аl2О3 и 3СаО*SiO2. Процесс схватывания при этом сильно ускоряется и делается почти мгновенным, а прочность получается низкой. Основываясь на описанном свойстве, можно в случае необходимости ускорить схватывание глиноземистого цемента или цемента, добавляя небольшие количества цемента в первом случае и глиноземистого цемента во втором.

Ускоряют схватывание глиноземистого цемента и добавки гидрата окиси кальция, гидрата окиси натрия, сульфатов кальция, натрия и железа, карбонатов натрия, серной кислоты. Замедляют схватывание глиноземистого цемента добавка хлористых натрия, калия и бария, азотнокислого и уксуснокислого натрия, соляной кислоты, буры.

Добавка 10-20% гранулированного шлака не снижает прочности глиноземистого цемента. При добавке большего количества шлака получается шлаковый глиноземистый цемент, также быстротвердеющий, но дающий меньшую прочность.

При твердении глиноземистого цемента в короткий промежуток времени выделяется большое количество тепла (за первые сутки 70-80% всего тепла, тогда как у цемента такое же количество тепла выделяется за 7 суток твердения), что приводит ,к значительному повышению температуры в первые сроки твердения и весьма полезно в случае использования этого цемента при низких температурах для зимних работ. Однако при сооружении бетонных массивов с относительно большим поперечным сечением выделяющееся тепло вызывает сильное повышение температуры. В результате образуются вредные напряжения и появляются трещины. Кроме того, возможное при температуре выше 25-30 0С образование шестиводного трехкальциевого алюмината (соли Торвальдсена) весьма отрицательно влияет на прочность цемента. Для снижения температуры твердеющего глиноземистого цемента применяют различные способы его охлаждения, ведут укладку небольших объемов бетона, используют для укладки в первую очередь зимой. Чтобы устранить вредное влияние трехкальциевого гидроалюмината, П. П. Будников предложил вводить в глиноземистый цемент 25-30% ангидрита, полученного обжигом гипса при 600-700°С. Ангидрит связывает трехкальциевый гидроалюминат в гидросульфоалюминат кальция:

3СаО*АI2О3*6Н2О + 3CaSO4+25H2O = 3СаО*AI2О3*3СаSО4*31Н2О.

Это улучшает строительные свойства глиноземистого цемента и дает возможность использовать его для больших бетонных массивов. Глиноземистый цемент с добавкой ангидрита называют ангидритглиноземистым цементом (АГ-цемент). Этот цемент дает при повышенных температурах (45-65 0С) значительно более высокую прочность, чем чистый глиноземистый цемент. Аналогично влияет на свойства глиноземистого цемента и добавка двуводного гипса. Глиноземистый цемент достаточно интенсивно твердеет при пониженных температурах из-за повышенной экзотермии в начальные сроки твердения, вызывающей подъем температуры до обычной. Однако, если при этом температура окажется слишком низкой, то твердение глиноземистого цемента замедляется или даже прекращается. Лучше всего глиноземистый цемент твердеет при температуре 15-18°C во влажной среде. Гидротермальная обработка, пропаривание и запаривание изделий на глиноземистом цементе не применяются, так как при этом снимается их прочность.

Удельный вес глиноземистого цемента 3,0-3,3; объемный вес в рыхлом состоянии 1000-1300 кг/м3, а в уплотненном 1600-1800 кг/м3. Следовательно, по удельному и объемному весу глиноземистый цемент мало отличается от цемента.

Количество воды, необходимое для получения из глиноземистого цемента теста нормальной густоты, составляет 23-28% . Этот цемент должен обладать равномерностью изменения объема при испытании кипячением и в парах воды.

Марки глиноземистого цемента: 400, 500 и 600 (предел прочности, при сжатии через 3 суток стандартных трамбованных образцов из раствора жесткой консистенции состава 1 : 3). Следует отметить высокую раннюю прочность глиноземистого цемента (350-500 кг/см2 через одни сутки). Обычно через 15-18 ч прочность глиноземистого цемента уже достаточна для введения в эксплуатацию сооружения.

Прочность глиноземистого цемента характеризуется спадами и подъемами в различные периоды твердения. Чем быстрее идет процесс гидратации, тем чаще наблюдаются спады прочности. По данным И. В. Кравченко, спады прочности тем больше, чем больше в глиноземистом цементе СаО и SiO2. Однако допускается лишь 10%-ное снижение прочности при растяжении к 28 суткам по сравнению с прочностью через 3 суток.

Полученные при испытании глиноземистого цемента в трамбованных образцах из раствора жесткой консистенции марки 400; 500 и 600 соответствуют примерно маркам 250, 300 и 400

При испытании в образцах из раствора пластичной консистенции. Отношение между прочностью на сжатие и на растяжение у глиноземистого цемента выше, чем у цемента. Причина этого — большее количество кристаллической фазы в затвердевшем глиноземистом цементе.

Бетон на глиноземистом цементе более плотный и водонепроницаемый, чем на цементе. Объясняется это уплотняющим действием геля гидрата окиси алюминия, а также тем, что при твердении глиноземистый цемент связывает сравнительно большое количество воды, а в затвердевшем цементном камне меньше несвязанной воды, чем в цементе, что обусловливает большую его плотность.

Глиноземистый цемент отличается также большей стойкостью против сульфатных, хлористых, углекислых и других минерализованных вод по сравнению с цементом. Это объясняется повышенной плотностью и водонепроницаемостью бетона на глиноземистом цементе, отсутствием в затвердевшем цементе легко растворимых веществ (в цементе таким веществом, например, является гидрат окиси кальция) и защитным действием пленок гидрата окиси алюминия, обволакивающих гидратированные и негидратированные частицы цементного камня. Бетон на глиноземистом цементе морозостоек.

Проведенные К. д. Некрасовым работы показали, что на основе глиноземистого цемента можно получить различные жаростойкие бетоны. Так, при использовании шамота в качестве мелкого и крупного заполнителя температура службы бетона – 1300 0С, а при использовании хромита — 1400°С.

Жаростойкость глиноземистого цемента возрастает с увеличением содержания в нем АI2О3. Если изготовить высокоглиноземистый цемент, содержащий не менее 72% Аl2О3, в составе которого преобладает СА2, то в сочетании с боем высокоглиноземистого кирпича в качестве заполнителя можно получить бетон с температурой службы 1700°С.

Высокая жаростойкость глиноземистых цементов объясняется тем, что возникающие при их твердении гидроалюминаты имеют устойчивую слоистую структуру. Удаляется кристаллохимическая вода из таких слоистых гидроалюминатов медленно, без разрушения кристаллов и снижения прочности.

Несмотря на высокое качество, глиноземистый цемент не получил такого широкого распространения как цемент, так как сырья для его производства значительно меньше и стоимость намного выше. Глиноземистый цемент целесообразно применять в тех случаях, когда можно эффективно использовать его положительные свойства. Его используют при скоростном строительстве, аварийных работах, зимнем бетонировании, при строительстве сооружений, подвергающихся действию минерализованных вод и сернистых газов, а также попеременному замораживанию и оттаиванию или увлажнению и высыханию, при тампонировании нефтяных и газовых скважин, для приготовления жаростойких бетонов и расширяющихся цементов различных видов.

Нельзя использовать глиноземистый цемент для конструкций, в которых температура бетона в результате внешнего воздействия или тепловыделения может подняться выше 25-30 0С. Ангидритглиноземистый цемент можно применять и при повышенных температурах.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *