Calciumaluminat

Calciumaluminat bruges ofte i beton, hvor man ønsker hurtig styrkeudvikling, og også til korrosions-, slid- og varmebestandighed.

Specialbindere af dette materiale fremstilles til brug i bygningskemi, ildfaste materialer og anlægsarbejder. Det udviser fremragende modstandsdygtighed over for korrosion (især sulfatangreb), slid og høje temperaturer, samtidig med at det har hurtige hærdningsegenskaber.

Anvendelser

Calcium er en integreret ingrediens i mange industrielle og byggekemiske produkter, fra byggemørtel og cementproduktion til fremstilling af byggekemiske produkter og ildfaste materialer. Calcium har også unikke egenskaber, når det bruges som specialbindemiddel i specifikke anvendelser - modstandsdygtighed over for korrosion, slid og varme kombineret med hurtige afbindingstider gør calcium til en enestående ingrediens på mange måder.

Calciumaluminatcementer, der er udviklet specielt til brug i spildevandsanlæg, er et eksempel på højtydende materialer, der anvendes af dette materiale. Sådanne anvendelser kræver typisk beton, der kan modstå syredannelse (på grund af bakterieaktivitet) og slidstyrke.

Calciumaluminatcementer kan fremstilles ved hjælp af forskellige blandingsteknikker. En opskrift på calciumaluminatcementblanding består i at blande Portlandcement, slagger, let kalkholdigt materiale og tilsætningsstoffer sammen til 24 timers brug, hvilket giver en økonomisk reparationsmetode med hurtige styrkeopbyggende evner.

Derudover har specialcementer andre fordele, når de anvendes i miljøer med høje temperaturer, hvor almindelig cement hurtigt ville blive nedbrudt. Deres aluminatindhold afgør deres evne til at modstå sådanne miljøer; produkter, der indeholder mindst 40% alumina (f.eks. Isidac40 eller Recipro50), har vist sig at være stabile op til temperaturer på 1450 grader.

Portlandcement type V indeholder en lav koncentration af calciumaluminat for at øge dens modstandsdygtighed over for sulfatangreb, hvilket gør den særlig nyttig, når den anvendes som overlægsmateriale til brodæk, der er udsat for tung trafik eller belastning.

Bemærk, at specialcementer skal hærdes korrekt for at opnå optimal ydeevne ved hjælp af forskellige hærdningsteknikker som vandspray/tåge/stående vand/våd sækkelærred. Desuden skal betonen støbes og nivelleres på samme måde som Portlandcementbeton og vibreres mekanisk i mindst 10 minutter for at sikre jævn konsolidering og tilfredsstillende ydeevne.

Ejendomme

Calciumaluminatcementers egenskaber varierer meget afhængigt af deres indhold af aluminiumoxid. Produkter med mere aluminiumoxid udviser ofte større modstandsdygtighed over for korrosion end produkter, der indeholder mindre. Et højt indhold forbedrer også fastholdelsesstyrken ved høje temperaturer. Enhver yderligere tilsætning af aluminiumoxid skal dog holdes på et absolut minimum, da overskydende mængder kan påvirke, hvor hurtigt der dannes calciumoxid (CaO) under hydratiseringsprocesser.

Calciumaluminat, kendt under navnet kalciumaluminat, har en alkalisk struktur og tåler derfor godt syre, hvilket gør det velegnet til brug som rørforinger og belægninger i spildevandssystemer. Desuden bruges det ofte som reparationsmørtel i områder, der er udsat for sure miljøer som kyllingefarme, læderfabrikker og andre industriområder.

Calciumaluminat findes i forskellige former, fra pulver og granulat til pulverform. American Elements har calciumaluminat til rådighed i disse formater som en del af sine standardkvaliteter til produktionsformål, når det er relevant: Mil Spec/ACS Reagent and Technical Grade, Food/Agricultural/Pharmaceutical Grade samt USP/EPBP (European Pharmacopoeia/British Pharmacopoeia).

Produktion af calciumaluminat sker typisk ved hjælp af to hovedprocesser: sintring og smeltning. Spildevandsanvendelser er ofte afhængige af calciumaluminatcementer, der er fremstillet via sidstnævnte proces, hvor råmaterialer tilføres proportionalt i en ovn, før de smeltes sammen for at danne den klinker, der senere skal males til forskellige tilslagsniveauer.

Klinker kombineres derefter med andre råmaterialer for at danne calciumaluminatbaserede betonprodukter, hvoraf de mest populære er dem, der indeholder mindst 40 procent aluminiumoxid; produkter med lavere niveauer, f.eks. 20 procent, giver muligvis ikke så effektiv korrosionsbestandighed og indledende styrkeudvikling.

Disse produkter har et højt indhold af aluminiumoxid, der gør det muligt for calciumaluminat at hydrere hurtigt, så materialet kan tages i brug hurtigt efter fremstillingen. Denne egenskab kan være særlig nyttig i anvendelser som gylleblandinger og præfabrikerede former, hvor tidlig styrkeforøgelse kan være afgørende for projektets succes.

Anvendelser

Calciumaluminatcementer bruges ofte som specialbindemidler i applikationer, der involverer ildfaste materialer, bygningskemi og byggeri, der kræver modstandsdygtighed over for korrosion, slid og varme. De kan også blandes med betonformuleringer for at opnå hurtige afbindingstider og tidlig styrkeudvikling.

Cement fremstilles ved at lade en kombination af kalksten, bauxit eller kalk og aluminiumoxid reagere ved høj temperatur, afhængigt af deres renhedsgrad, for at danne calciumaluminatklinker, som males til fint pulver, inden de blandes med vand i en ekstremt hurtig hydratiseringsreaktion, der fører til stærk tidlig styrke - den endelige styrke nås inden for 24 timer efter blanding.

Ud over at give hurtig, tidlig styrke har cement en meget lav varmeledningsevne - ideelt til miljøer, hvor temperaturen kan stige over tid, som f.eks. stålproduktionsovne eller andre højtemperaturprocesser.

Cement kan også bruges som foringsmateriale eller reparationsmateriale i spildevandsinfrastrukturer, især mod biogen sulfidkorrosion - et stadig mere udbredt problem for kloaknetværk. Duktile jernrør, der bruges til spildevandsforsyning, og betonrør, der bruges til kloaknetværk, kan beklædes med cement for at forbedre modstanden mod slid, syre og biogen sulfidkorrosion.

Disse foringer kan anvendes på nye eller eksisterende duktile jern- og betonrør, mandehuller og andre komponenter i spildevandsinfrastrukturen for at opnå en langsigtet, holdbar beskyttelse mod H2S-dannelse som følge af aerobe bakterier, der nedbryder sulfid i spildevandet. De beskytter også mod potentielle reparationer af rørsektioner, hvor der dannes H2S.

Bisley distribuerer Calucem-calciumaluminatcementer (CAC), som fremstilles af verdens næststørste producent af smeltet calciumaluminat og ildfaste materialer, til brug i forskellige byggeprodukter, herunder selvnivellerende afretningslag, højstyrkefuger, rørforingsløsninger, rehabiliteringsmørtler og rehabiliteringsmørtler. De kan bruges enten alene eller som en del af binære eller ternære systemer.

Produktion

Produktion af calciumaluminatcement kræver smeltning af råmaterialer som kalcineret bauxit og kalksten under høje temperaturer i en roterende flammeovn for at danne klinker, der senere kan males til finhed, før de bruges i forskellige anvendelser.

To bemærkelsesværdige anvendelser, der demonstrerer dette punkt, er foringer til spildevandsrør, hvor bakterier genererer svovlsyre, og hydrauliske dæmninger, hvor modstandsdygtighed over for slid er nøglen. Begge anvendelser viser, hvordan holdbarhed ikke kan generaliseres ud fra styrke, men i stedet skal skræddersys specifikt til anvendelsesbetingelserne.

Sådanne anvendelser kræver cement, der er både stabil og reaktivt kontrolleret, hvor hydrering af forskellige faser er nøglen. I denne undersøgelse blev CA-, CA2- og C12A7-hydraterne karakteriseret ved hjælp af SEM og røntgendiffraktion med kommerciel cement som reference, før der blev udført spaltningstrækprøver på pastaer fremstillet af dem.

Aluminatpartiklernes størrelse og form spiller en afgørende rolle for deres reaktivitet med vandholdige forbindelser, som det fremgår af SEM-mikrograferne i figur 1. Varierende varmebehandlingstemperaturer forårsager dramatiske variationer i deres morfologi; faldende partikelstørrelser med øget overfladeareal øger vandhydreringskapaciteten, mens faldende partikelstørrelser samtidig mindsker reaktionshastigheden med andre hydreringsstoffer som f.eks. jern.

Calciumaluminatcementer har overlegne mekaniske egenskaber samt god slid- og sulfatbestandighed, hvilket gør dem til en attraktiv mulighed, når der kræves specifikke egenskaber som disse i applikationer. I disse anvendelser kombineres aluminat med Portland-cement i forskellige bygningskemiske produkter som f.eks. fliseklæb, fuger og hurtige gulvbelægninger for at danne bygningskemiske løsninger. Ildfaste konstruktioner bruger aluminat i kombination med andre ildfaste materialer som flyveaske, slagge og let kalkholdigt materiale til at producere cement, der er stabilt ved høje temperaturer med fremragende reaktivitet, slidstyrke og sulfatresistens. Desuden er sådanne cementer gode endodontiske reparationsmaterialer, fordi de fungerer som kemiske og mekaniske barrierer mod mikrolækage af bakterier i endodontiske kanaler.