Kalsiumaluminaatti

Kalsiumaluminaattia käytetään usein betoneissa, joissa halutaan nopeaa lujuuden kehittymistä, ja myös korroosion-, kulutuksen- ja lämmönkestävyyteen.

Tästä materiaalista valmistetaan erikoissideaineita rakennuskemian, tulenkestävien tuotteiden ja rakennustöiden käyttöön. Se kestää erinomaisesti korroosiota (erityisesti sulfaattihyökkäystä), kulutusta ja korkeita lämpötiloja ja on nopeasti kovettuva.

Käyttää

Kalsium on olennainen ainesosa monissa teollisuus- ja rakennuskemian tuotteissa, kuten rakennuslaastin ja sementin tuotannossa sekä rakennuskemian tuotteiden ja tulenkestävien aineiden valmistuksessa. Kalsiumilla on myös ainutlaatuisia ominaisuuksia, kun sitä käytetään erikoissideaineena erityissovelluksissa - korroosion-, kulutuksen- ja lämmönkestävyys yhdistettynä nopeaan kovettumisaikaan tekevät kalsiumista monella tapaa poikkeuksellisen ainesosan.

Erityisesti jätevesisovelluksiin kehitetyt kalsiumaluminaattisementit ovat esimerkki tämän materiaalin käyttämistä korkean suorituskyvyn materiaaleista. Tällaiset sovellukset edellyttävät tyypillisesti betonia, joka kestää haponmuodostusta (bakteeritoiminnasta johtuen) ja kulutuksenkestävyyttä.

Kalsiumaluminaattisementtejä voidaan valmistaa erilaisilla sekoitustekniikoilla. Eräs resepti kalsiumaluminaattisementtiseoksen valmistamiseksi koostuu portlandsementin, kuonan, kevyen kalkkipitoisen materiaalin ja lisäaineiden sekoittamisesta yhteen 24 tunnin käyttöä varten, jolloin saadaan aikaan taloudellinen korjausmenetelmä, jolla on nopeat lujuutta lisäävät kyvyt.

Lisäksi erikoissementit tarjoavat muita etuja, kun niitä käytetään korkeissa lämpötiloissa, joissa tavallinen sementti hajoaisi nopeasti. Niiden aluminaattipitoisuus määrää niiden kyvyn kestää tällaisia ympäristöjä; vähintään 40% alumiinioksidia sisältävät tuotteet (esimerkiksi Isidac40 tai Recipro50) ovat osoittautuneet stabiileiksi jopa 1450 celsiusasteen lämpötiloissa.

V-tyypin portlandsementti sisältää pienen pitoisuuden kalsiumaluminaattia, joka lisää sen kestävyyttä sulfaattituhoja vastaan, minkä vuoksi se on erityisen käyttökelpoinen, kun sitä käytetään siltakannen päällystysmateriaalina, joka on alttiina raskaalle liikenteelle tai kuormitukselle.

Huomaa, että erikoissementit on kovetettava kunnolla, jotta ne toimisivat optimaalisesti käyttämällä erilaisia kovetustekniikoita, kuten vesisumua/sumua/seisovaa vettä/märkää säkkiä. Lisäksi betoni on valettava ja tasoitettava samalla tavalla kuin portlandsementtibetoni ja tärytettävä mekaanisesti vähintään 10 minuutin ajan tasaisen lujittumisen ja tyydyttävän suorituskyvyn varmistamiseksi.

Ominaisuudet

Kalsiumaluminaattisementin ominaisuudet vaihtelevat suuresti alumiinioksidipitoisuuden mukaan. Tuotteet, joissa on enemmän alumiinioksidia, kestävät usein paremmin korroosiota kuin vähemmän alumiinioksidia sisältävät tuotteet. Korkea pitoisuus parantaa myös säilymislujuutta korkeissa lämpötiloissa. Alumiinioksidin lisäys on kuitenkin pidettävä mahdollisimman vähäisenä, koska liiallinen määrä voi vaikuttaa siihen, kuinka nopeasti kalsiumoksidia (CaO) muodostuu hydrataatioprosessin aikana.

Kalsiumaluminaatti, joka tunnetaan nimellä kalsiumaluminaatti, on rakenteeltaan emäksistä ja kestää siten hyvin happamuutta, joten se soveltuu käytettäväksi putkien vuoraukseen ja pinnoitteisiin jätevesijärjestelmissä. Lisäksi sitä käytetään usein korjauslaastina happamille ympäristöille altistuvissa kohteissa, kuten kanatiloilla, nahkatehtaissa ja muissa teollisuuslaitoksissa.

Kalsiumaluminaattia on eri muodoissa, jauheesta ja rakeista jauhemaiseen muotoon. American Elementsillä on kalsiumaluminaattia saatavilla näissä muodoissa osana vakiolaatujaan valmistustarkoituksiin tarvittaessa: Mil Spec/ACS Reagent and Technical Grade, Food/Agricultural/Pharmaceutical Grade sekä USP/EPBP (European Pharmacopoeia/British Pharmacopoeia).

Kalsiumaluminaatin valmistuksessa käytetään yleensä kahta pääprosessia: sintrausta ja sulatusta. Jätevesisovelluksissa käytetään usein kalsiumaluminaattisementtejä, jotka on valmistettu jälkimmäisessä prosessissa, jossa raaka-aineet syötetään suhteellisesti uuniin ennen kuin ne sulatetaan toisiinsa klinkkeriksi, joka myöhemmin jauhetaan eri kiviaineslajitelmiksi.

Tämän jälkeen klinkkeri yhdistetään muihin raaka-aineisiin kalsiumaluminaattipohjaisiksi betonituotteiksi, joista suosituimpia ovat tuotteet, joiden alumiinioksidipitoisuus on vähintään 40 prosenttia. Tuotteet, joiden alumiinioksidipitoisuus on pienempi, esimerkiksi 20 prosenttia, eivät välttämättä tarjoa yhtä tehokasta korroosionkestävyyttä ja alkulujuuden kehittymisnopeutta.

Näissä tuotteissa on korkea alumiinioksidipitoisuus, joka mahdollistaa kalsiumaluminaatin nopean hydrataatioprosessin, joten materiaali voidaan ottaa käyttöön nopeasti valmistuksen jälkeen. Tämä ominaisuus voi olla erityisen hyödyllinen sovelluksissa, kuten lietteen sekoituksissa ja elementtimuotteissa, joissa lujuuden saavuttaminen varhaisessa vaiheessa voi olla ratkaisevaa projektin onnistumisen kannalta.

Sovellukset

Kalsiumaluminaattisementtejä käytetään yleisesti erikoissideaineina tulenkestävissä, rakennuskemian ja rakentamisen sovelluksissa, joissa tarvitaan korroosion-, kulutuksen- ja lämmönkestävyyttä. Niitä voidaan myös sekoittaa betonivalmisteisiin nopeiden kovettumisaikojen ja varhaisen lujuuden kehittymisen aikaansaamiseksi.

Sementit valmistetaan reagoimalla korkeassa lämpötilassa kalkkikiven, bauksiitin tai kalkin ja alumiinioksidin yhdistelmästä niiden puhtausasteesta riippuen kalsiumaluminaattiklinkkeriksi, joka jauhetaan hienoksi jauheeksi ennen sekoittamista veden kanssa erittäin nopeassa hydrataatioreaktiossa, joka johtaa voimakkaaseen alkulujuuteen - lopullinen lujuus saavutetaan 24 tunnin kuluessa sekoittamisesta.

Sementin nopean alkulujuuden lisäksi sillä on erittäin alhainen lämmönjohtavuus, mikä on ihanteellista ympäristöissä, joissa lämpötilat voivat nousta ajan myötä, kuten teräksenvalmistusuunissa tai muissa korkean lämpötilan prosesseissa.

Sementtiä voidaan käyttää myös jätevesi-infrastruktuurien vuoraus- tai korjausmateriaalina erityisesti biogeenisen sulfidin aiheuttamaa korroosiota vastaan, joka on yhä yleisempi ongelma viemäriverkostoissa. Jäteveden jakelussa käytettävät pallografiittiset rautaputket ja viemäriverkostoissa käytettävät betoniputket voidaan vuorata sementillä, jotta ne kestävät paremmin kulutusta sekä happo- ja biogeenisten sulfidien aiheuttamaa korroosiota.

Näitä vuorauksia voidaan käyttää uusiin tai olemassa oleviin pallografiittivalurauta- ja betoniputkiin, tarkastuskaivoihin ja muihin jätevesi-infrastruktuurin komponentteihin pitkäaikaisen ja kestävän suojan tarjoamiseksi H2S:n muodostumiselta, joka johtuu jäteveden sulfidia hajottavista aerobisista bakteereista. Ne suojaavat myös H2S:ää muodostavien putkiosuuksien mahdollisia korjauksia vastaan.

Bisley jakelee Calucem-kalsiumaluminaattisementtejä (CAC), joita valmistaa maailman toiseksi suurin sulatettujen kalsiumaluminaattien ja tulenkestävien aineiden tuottaja, käytettäväksi erilaisissa rakennustuotteissa, kuten itsetasoittuvissa tasoitteissa, lujuissa saumalaasteissa, putkien vuorausratkaisuissa, saneerauslaasteissa ja saneerauslaasteissa. Niitä voidaan käyttää joko yksinään tai osana binääri- tai ternäärijärjestelmiä.

Tuotanto

Kalsiumaluminaattisementin tuotanto edellyttää raaka-ainelähteiden, kuten kalsinoidun bauksiitin ja kalkkikiven, sulattamista korkeissa lämpötiloissa pyörivässä liekkiuunissa klinkkerin muodostamiseksi, joka voidaan myöhemmin jauhaa hienoksi ennen kuin sitä voidaan käyttää eri sovelluksissa.

Kaksi merkittävää sovellusta, jotka osoittavat tämän seikan, ovat jätevesiputkien vuoraukset, joissa bakteerit tuottavat rikkihappoa, ja hydrauliset padot, joissa kulutuskestävyys on avainasemassa. Molemmat sovellukset osoittavat, että kestävyyttä ei voida yleistää lujuuden perusteella, vaan se on räätälöitävä erityisesti käyttöolosuhteisiin.

Tällaiset sovellukset edellyttävät sementtiä, joka on sekä vakaata että reaktiivisesti hallittua, jolloin eri faasien hydrataatio on avainasemassa. Tässä tutkimuksessa CA-, CA2- ja C12A7-hydraatteja karakterisoitiin käyttämällä SEM- ja röntgendiffraktiota käyttäen vertailukohtana kaupallista sementtiä, ennen kuin niistä valmistetuille massoille tehtiin halkaisuvetokokeet.

Aluminaattihiukkasten koolla ja muodolla on olennainen merkitys määriteltäessä niiden reaktiivisuutta vettä sisältävien yhdisteiden kanssa, kuten kuvassa 1 esitetyt SEM-mikroskooppikuvat osoittavat. Lämpökäsittelylämpötilojen vaihtelu aiheuttaa dramaattisia muutoksia niiden morfologiaan; hiukkaskokojen pieneneminen pinta-alojen lisääntyessä lisää veden hydratoitumiskykyä, kun taas samanaikaisesti hiukkaskokojen pieneneminen vähentää reaktionopeutta muiden hydratoituvien aineiden, kuten raudan, kanssa.

Kalsiumaluminaattisementit tarjoavat erinomaiset mekaaniset ominaisuudet sekä hyvän kulutuksen- ja sulfaatinsietokyvyn, mikä tekee niistä houkuttelevan vaihtoehdon, kun sovelluksissa vaaditaan tällaisia erityisominaisuuksia. Näissä sovelluksissa aluminaattia yhdistetään portlandsementtiin erilaisissa rakennuskemian tuotteissa, kuten laattaliimoissa, laasteissa ja nopeissa lattiatasoitteissa, ja näin muodostuu rakennuskemian ratkaisuja. Tulenkestävässä rakentamisessa käytetään aluminaattia yhdessä muiden tulenkestävien materiaalien, kuten lentotuhkan, kuonan ja kevyiden kalkkipitoisten materiaalien kanssa, jotta voidaan valmistaa sementtejä, jotka ovat stabiileja korkeissa lämpötiloissa ja joilla on erinomaiset reaktiivisuus-, kulutuskestävyys- ja sulfaattikestävyysominaisuudet. Lisäksi tällaiset sementit soveltuvat erinomaisesti endodontian korjausmateriaaleiksi, koska ne toimivat kemiallisina ja mekaanisina esteinä, jotka estävät bakteerien mikrovuodon endodonttisiin kanaviin.