К этой группе относят глиноземистый, гипсоглиноземистый и водонепроницаемый расширяющийся цементы.
Глиноземистыйцемент представляет собой гидравлическое быстротвердеющее вяжущее вещество, получаемое измельчением глиноземистого клинкера. Клинкер получают из обожженной до плавления или спекания смеси, состоящей из бокситов и известняков.
Глиноземистый цемент в строительстве применяют в чистом виде или в качестве компонента для изготовления расширяющихся, жаростойких и других вяжущих.
Химический состав глиноземистого цемента характеризуется содержанием в нем главных оксидов, %: алюминия (глинозем Al2O3)– 30–50, кальция (СаО) – 35–45, кремния (кремнезем SiO2) – 5–15, железа (Fe2O3) – 5–15; небольшого количества в виде примесей других оксидов: титана (TiO2) – 1,5–2,5, магния (MgO) – 0,5–1,5, серного ангидрида (SO3) – 0,1–1, щелочных металлов (Na2O + K2O) – до 1.
Минералогический состав глиноземистого цемента характеризуется содержанием в нем соединений однокальциевого алюмината СаО×Al2O3 (СА), однокальциевого двухалюмината СаО×2Al2O3 (СА2), пятикальциевого трехалюмината 5СаО×3Al2O3 (С5А3), геленита 2СаО×Al2O3×SiO2 (С2АS), двухкальциевого силиката b-2СаО×SiO2 (b-С2S).
Основным минералом глиноземистого цемента, определяющим его свойства, является СА. Он образует твердые растворы с однокальциевым ферритом до 15 % и оксидом железа – до 10 %. При твердении дает камень высокой прочности. Минерал С5А3 быстро схватывается и твердеет, СА2 медленно твердеет, но имеет высокую конечную прочность.
Сырьем для изготовления глиноземистого цемента являются известняки CaCO3 и бокситы Al2O3× n H2O. Могут применяться алюминиевые шлаки и обожженные высокоглиноземистые глины. Изготавливают глиноземистый цемент двумя способами: спеканием или плавлением сырьевой смеси.
По способу спекания во вращающихся или шахтных печах производится обжиг тонкоизмельченной сырьевой смеси боксита и известняка. При температуре около 1300 °С образуется глиноземистый клинкер.
По способу плавления в доменных печах одновременно получают чугун и глиноземистый шлак. Печь загружают железистым бокситом, известняком, металлическим ломом и коксом. Расплавленные чугун и шлак периодически выпускают. Температура шлака составляет 1600–1700 °С. Охлажденный шлак является клинкером глиноземистого цемента.
Твердение глиноземистого цемента происходит в результате взаимодействия минералов с водой и, в первую очередь, основного минерала СА, которое протекает по схеме
CaO×Al2O3 + 10H2О = CaO×Al2O3×10H2O.
При температуре 22–30 °С CaO×Al2O3×10H2O переходит в 2CaO×Al2O3×8H2O и еще образуется гидроксид алюминия Al(OH)2.
Истинная плотность глиноземистого цемента составляет 3,1–3,3 г/см3, насыпная плотность в рыхлонасыпанном состоянии – 1000–1300, в уплотненном – 1600–1800 кг/м3, водопотребность – 23–28 %. Начало схватывания должно наступать не ранее 45 мин, конец – не позже 12 ч. Ускорителями служат Ca(OH)2, Na2CO3, CaSO4, портландцемент, замедлителями – NaCl, CaCl2, KCl, винная кислота и др.
Этот цемент при твердении быстро набирает прочность. Через 10--15 ч она составляет 15–20 МПа, через сутки – 80--90 % от марочной. Марки цемента, определяемые в возрасте 3 суток, – 400, 500 и 600. Через 10–20 лет он приобретает прочность, превышающую марочную на 50–60 %.
Глиноземистый цемент интенсивно твердеет при пониженных температурах. Так, при 0 °С через трое суток прочность его составляет 50 % от марочной. Это объясняется повышенной экзотермией в начальный период. Пропаривание и автоклавная обработка понижают его прочность.
Бетоны на глиноземистом цементе по сравнению с бетонами на портландцементе имеют повышенную водостойкость. Жаростойкость их очень высокая и составляет 1200--1600 °С. Объясняется это отсутствием в цементном камне гидроксида кальция. Они также имеют более высокую водонепроницаемость, морозостойкость в связи с тем, что пористость цементного камня на глиноземистом цементе в 1,5 раза меньше пористости портландцементного камня.
Глиноземистый цемент рекомендуют применять для изготовления жаростойких, морозостойких и водонепроницаемых бетонов, при выполнении аварийных и ремонтных работ. Ограничивает его применение высокая стоимость, превышающая стоимость портландцемента в 5–6 раз.
Гипсоглиноземистый цемент получают совместным измельчением 70 % высокоглиноземистого шлака с повышенным содержанием минерала СА и 30 % двуводного гипса. Твердение цемента происходит при его взаимодействии с водой в результате образования C2AH3. Кроме того, образуется гидросульфоалюминат кальция, который вызывает расширение, составляющее через 3 суток от 0,1 до 0,7 %.
Гипсоглиноземистый цемент – это быстросхватывающее вяжущее с началом схватывания не ранее 10 мин и концом – не позднее 4 ч.
По прочности при сжатии в возрасте 28 суток гипсоглиноземистый цемент подразделяется на марки 400 и 500. Предел прочности через 3 суток должен быть не менее 28 МПа. Имеет повышенную водонепроницаемость. Образцы-цилиндры диаметром и высотой 150 мм из цементно-песчаного раствора состава 1:2 не должны пропускать воду при давлении 1 МПа.
Применяют гипсоглиноземистый цемент для водонепроницаемых и расширяющихся бетонов и растворов, для заделки стыков сборных железобетонных изделий.
Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) состоит из 73–76 % глиноземистого цемента, 20–22 % строительного гипса и 10–11 % высокоосновных гидроалюминатов кальция.
Гидроалюминаты кальция получают гидротермической обработкой при температуре 120--150 °С глиноземистого цемента с гашеной известью. Затем составляющие измельчают совместно или раздельно, а потом смешивают.
Начало схватывания этого цемента наступает не ранее 4 мин, конец – не позже 10 мин. Замедляют сроки схватывания добавки ЛСТ, буры, уксусной кислоты. Расширение через сутки составляет не менее 0,2 и не более 1 %.
Применяют ВРЦ в ремонтных работах, для получения водонепроницаемых швов.
