Alluminato di calcio

L'alluminato di calcio viene spesso utilizzato nei calcestruzzi in cui si desidera un rapido sviluppo della resistenza e per resistere alla corrosione, all'abrasione e al calore.

I leganti speciali di questo materiale sono prodotti per l'uso nella chimica edilizia, nei refrattari e nelle costruzioni. Presenta un'eccellente resistenza alla corrosione (in particolare all'attacco dei solfati), all'abrasione e alle alte temperature e offre proprietà di presa rapida.

Utilizzi

Il calcio è un ingrediente fondamentale in molti prodotti chimici industriali e per l'edilizia, dalla produzione di malta da costruzione e cemento alla produzione di prodotti chimici per l'edilizia e refrattari. Il calcio presenta inoltre proprietà uniche quando viene utilizzato come legante speciale in applicazioni specifiche: la resistenza alla corrosione, all'abrasione e al calore, unita a tempi di presa rapidi, lo rendono un ingrediente eccezionale sotto molti aspetti.

I cementi a base di alluminato di calcio sviluppati specificamente per l'uso in applicazioni di acque reflue sono un esempio di materiali ad alte prestazioni utilizzati da questo materiale. Tali applicazioni richiedono tipicamente un calcestruzzo in grado di resistere alla generazione di acidi (dovuta all'attività batterica) e alla resistenza all'abrasione.

I cementi a base di alluminato di calcio possono essere realizzati con diverse tecniche di miscelazione. Una ricetta per la realizzazione di miscele di cemento alluminato di calcio consiste nel mescolare insieme cemento Portland, scorie, materiale calcareo leggero e additivi per un utilizzo di 24 ore, producendo un metodo di riparazione economico con una rapida capacità di resistenza.

Inoltre, i cementi speciali offrono altri vantaggi quando vengono applicati in ambienti ad alta temperatura, dove il cemento normale si degrada rapidamente. Il contenuto di alluminato determina la capacità di resistere a tali ambienti; i prodotti contenenti almeno 40% di allumina (Isidac40 o Recipro50, per esempio) si sono dimostrati stabili fino a temperature di 1450degC.

Il cemento Portland di tipo V contiene una bassa concentrazione di alluminato di calcio per aumentare la resistenza all'attacco dei solfati, il che lo rende particolarmente utile quando viene applicato come materiale per la copertura di ponti soggetti a traffico intenso o a condizioni di carico.

Si noti che i cementi speciali devono essere adeguatamente stagionati per ottenere prestazioni ottimali, utilizzando varie tecniche di stagionatura come acqua nebulizzata/nebbia/acqua stagnante/tappeto bagnato. Inoltre, il calcestruzzo deve essere gettato e livellato in modo analogo al calcestruzzo di cemento Portland e vibrato meccanicamente per almeno 10 minuti per garantire un consolidamento uniforme e prestazioni soddisfacenti.

Proprietà

Le proprietà del cemento alluminato di calcio variano notevolmente in base al suo contenuto di allumina. I prodotti con una maggiore quantità di allumina spesso presentano una maggiore resistenza alla corrosione rispetto a quelli che ne contengono meno. Un contenuto elevato migliora anche la resistenza alla ritenzione alle alte temperature. Tuttavia, qualsiasi aggiunta di allumina deve essere mantenuta al minimo assoluto, poiché una quantità eccessiva può influire sulla velocità di formazione dell'ossido di calcio (CaO) durante i processi di idratazione.

L'alluminato di calcio, noto con il nome di alluminato di calcio, ha una struttura alcalina e quindi resiste bene all'acidità, rendendolo adatto all'uso come rivestimento di tubi e rivestimenti nei sistemi di acque reflue. Inoltre, viene spesso utilizzato come malta di riparazione in aree esposte ad ambienti acidi, come allevamenti di polli, fabbriche di pellame e altri siti industriali.

L'alluminato di calcio è disponibile in varie forme, da polvere e granuli a polvere. American Elements ha a disposizione l'alluminato di calcio in questi formati come parte dei suoi gradi standard per scopi di produzione, se applicabile: Mil Spec/ACS Reagent and Technical Grade, Food/Agricultural/Pharmaceutical Grade e USP/EPBP (Farmacopea Europea/Farmacopea Britannica).

La produzione di alluminato di calcio utilizza due processi principali: la sinterizzazione e la fusione. Le applicazioni per le acque reflue si affidano spesso a cementi di alluminato di calcio prodotti attraverso quest'ultimo processo, in cui le materie prime vengono alimentate in proporzione in un forno prima di essere fuse insieme per formare il clinker che verrà successivamente macinato in diversi livelli di gradazione degli aggregati.

Il clinker viene poi combinato con altre materie prime per formare prodotti di calcestruzzo a base di alluminato di calcio, i più popolari dei quali contengono almeno il 40% di allumina; i prodotti con livelli inferiori, come il 20%, possono non offrire una resistenza alla corrosione e un tasso di sviluppo della resistenza iniziale altrettanto efficaci.

Questi prodotti sono caratterizzati da un elevato contenuto di allumina che consente ai processi di idratazione dell'alluminato di calcio di avvenire rapidamente, in modo che il materiale possa essere messo in uso subito dopo la produzione. Questa caratteristica può essere particolarmente utile in applicazioni come i conglomerati fangosi e le forme prefabbricate, dove l'aumento precoce della resistenza può essere fondamentale per il successo del progetto.

Applicazioni

I cementi a base di alluminato di calcio sono comunemente utilizzati come leganti speciali in applicazioni che riguardano i refrattari, la chimica delle costruzioni e l'edilizia che richiedono resistenza alla corrosione, all'abrasione e al calore. Possono anche essere miscelati con formulazioni di calcestruzzo per ottenere tempi di presa rapidi e uno sviluppo precoce della resistenza.

I cementi sono prodotti facendo reagire ad alta temperatura una combinazione di calcare, bauxite o calce e allumina, a seconda del loro grado di purezza, per formare clinker di alluminato di calcio che viene macinato in polvere fine prima di essere mescolato con acqua in una reazione di idratazione estremamente rapida che porta a una forte resistenza iniziale - la resistenza finale viene raggiunta entro 24 ore dalla miscelazione.

Oltre a offrire una rapida resistenza iniziale, il cemento ha una conducibilità termica molto bassa, ideale per gli ambienti in cui le temperature possono aumentare nel tempo, come i forni per la produzione di acciaio o altri processi ad alta temperatura.

Il cemento può essere utilizzato anche come materiale di rivestimento o di riparazione nelle infrastrutture per le acque reflue, in particolare contro la corrosione da solfuro biogeno, un problema sempre più diffuso nelle reti fognarie. I tubi in ghisa duttile utilizzati per la distribuzione delle acque reflue e i tubi in cemento utilizzati per le reti fognarie possono essere rivestiti di cemento per migliorare la resistenza all'abrasione e alla corrosione da acido e solfuro biogeno.

Questi rivestimenti possono essere applicati a tubi, pozzetti e altri componenti dell'infrastruttura per le acque reflue, nuovi o esistenti, in ghisa duttile e cemento, per una protezione duratura e a lungo termine contro la formazione di H2S dovuta alla degradazione del solfuro da parte dei batteri aerobici presenti negli effluenti. Proteggono anche da eventuali riparazioni delle sezioni di tubo in cui si forma l'H2S.

Bisley distribuisce i cementi a base di alluminato di calcio (CAC) Calucem, prodotti dal secondo produttore mondiale di alluminati di calcio fusi e refrattari, per l'uso in vari prodotti da costruzione, tra cui massetti autolivellanti, boiacche ad alta resistenza, soluzioni per il rivestimento di tubi, malte per il risanamento e malte per il ripristino. Possono essere utilizzati da soli o come parte di sistemi binari o ternari.

Produzione

La produzione di cemento alluminato di calcio richiede la fusione di materie prime come la bauxite calcinata e il calcare ad alte temperature in un forno a fiamma rotante, per formare il clinker che può essere successivamente macinato in modo fine prima di essere utilizzato in varie applicazioni.

Due applicazioni degne di nota che dimostrano questo punto sono i rivestimenti per le condotte fognarie, dove i batteri generano acido solforico, e le dighe idrauliche, dove la resistenza all'abrasione è fondamentale. Entrambe le applicazioni dimostrano come la durata non possa essere generalizzata a partire dalla resistenza, ma debba invece essere adattata in modo specifico alle condizioni di utilizzo.

Tali applicazioni richiedono un cemento stabile e controllato dal punto di vista reattivo, per il quale l'idratazione delle varie fasi è fondamentale. In questo studio, gli idrati CA, CA2 e C12A7 sono stati caratterizzati con il SEM e la diffrazione dei raggi X, utilizzando come riferimento il cemento commerciale, prima di eseguire prove di trazione per spacco sulle paste da essi ottenute.

Le dimensioni e la forma delle particelle di alluminato giocano un ruolo essenziale nel determinare la loro reattività con i composti contenenti acqua, come illustrato dalle micrografie al SEM nella Figura 1. La diminuzione delle dimensioni delle particelle con l'aumento delle aree superficiali aumenta la capacità di idratazione dell'acqua, mentre la diminuzione delle dimensioni delle particelle riduce la velocità di reazione con altre sostanze idratanti come il ferro.

I cementi a base di alluminato di calcio offrono proprietà meccaniche superiori e una buona resistenza all'abrasione e ai solfati, che li rendono un'opzione interessante quando nelle applicazioni sono richieste caratteristiche specifiche come queste. In queste applicazioni, l'alluminato viene combinato con il cemento Portland in vari prodotti di chimica edilizia, come adesivi per piastrelle, boiacche e massetti rapidi per pavimenti, per formare soluzioni di chimica edilizia. L'edilizia refrattaria utilizza l'alluminato in combinazione con altri materiali refrattari come ceneri volanti, scorie e materiale calcareo leggero per produrre cementi stabili alle alte temperature con eccellenti proprietà di reattività, resistenza all'abrasione e ai solfati. Inoltre, questi cementi sono ottimi materiali per la riparazione endodontica, in quanto agiscono come barriere chimiche e meccaniche contro la microinfiltrazione di batteri nei canali endodontici.