Kalsiumaluminat

Kalsiumaluminat brukes ofte i betong der det er ønskelig med rask styrkeutvikling, og også for korrosjons-, slitasje- og varmebestandighet.

Spesialbindemidler av dette materialet produseres for bruk i bygningskjemi, ildfaste materialer og konstruksjonsarbeid. Det har utmerket motstand mot korrosjon (spesielt sulfatangrep), slitasje og høye temperaturer, samtidig som det har raske herdeegenskaper.

Bruksområder

Kalsium er en viktig ingrediens i mange industri- og byggekjemiske produkter, fra byggemørtel og sementproduksjon til produksjon av byggekjemiske produkter og ildfaste materialer. Kalsium har også unike egenskaper når det brukes som spesialbindemiddel i spesifikke bruksområder - motstand mot korrosjon, slitasje og varme kombinert med rask herdetid gjør kalsium til en eksepsjonell ingrediens på mange måter.

Kalsiumaluminatsementer som er utviklet spesielt for bruk i avløpsvann, er et eksempel på høyytelsesmaterialer som brukes i dette materialet. Slike bruksområder krever vanligvis betong som tåler syredannelse (på grunn av bakteriell aktivitet) og slitestyrke.

Kalsiumaluminatsementer kan lages ved hjelp av ulike blandingsteknikker. En oppskrift for å lage kalsiumaluminatsement består i å blande Portland-sement, slagg, lett kalkholdig materiale og tilsetningsstoffer sammen for 24 timers bruk, noe som gir en økonomisk reparasjonsmetode med rask styrkeoppbygging.

I tillegg har spesialsementer andre fordeler når de brukes i miljøer med høye temperaturer, der vanlig sement raskt vil brytes ned. Aluminatinnholdet avgjør hvor godt de tåler slike miljøer; produkter som inneholder minst 40% alumina (for eksempel Isidac40 eller Recipro50) har vist seg å være stabile opp til temperaturer på 1450 °C.

Portlandsement type V inneholder en lav konsentrasjon av kalsiumaluminat for å øke motstandsdyktigheten mot sulfatangrep, noe som gjør den spesielt nyttig når den brukes som overleggsmateriale på brodekker som er utsatt for tung trafikk eller belastning.

Vær oppmerksom på at spesialsementer må herdes på riktig måte for å oppnå optimal ytelse, ved hjelp av ulike herdeteknikker som vannspray/ tåke/stående vann/ våt jute. Videre må betongen støpes og avrettes på samme måte som Portland-sementbetong, og vibreres mekanisk i minst 10 minutter for å sikre jevn konsolidering og tilfredsstillende ytelse.

Egenskaper

Egenskapene til kalsiumaluminatsementer varierer sterkt avhengig av hvor mye alumina de inneholder. Produkter med mer aluminiumoksid har ofte større korrosjonsbestandighet enn produkter med mindre innhold. Et høyt innhold gir også bedre retensjonsstyrke ved høye temperaturer. Imidlertid må all ekstra tilsetning av alumina holdes på et absolutt minimum, siden for store mengder kan påvirke hvor raskt kalsiumoksid (CaO) dannes under hydratiseringsprosessen.

Kalsiumaluminat, kjent under navnet kalsiumaluminat, har en alkalisk struktur og tåler dermed surhet godt, noe som gjør det egnet til bruk som rørforinger og belegg i avløpsvannsystemer. I tillegg brukes det ofte som reparasjonsmørtel i områder som er utsatt for sure miljøer, som kyllingfarmer, lærfabrikker og andre industriområder.

Kalsiumaluminat finnes i ulike former, fra pulver og granulat til pulverform. American Elements har kalsiumaluminat tilgjengelig i disse formatene som en del av standardkvalitetene for produksjonsformål når det er aktuelt: Mil Spec/ACS Reagent and Technical Grade, Food/Agricultural/Pharmaceutical Grade samt USP/EPBP (European Pharmacopoeia/British Pharmacopoeia).

Kalsiumaluminat produseres vanligvis ved hjelp av to hovedprosesser: sintring og smelting. I avløpsvann er man ofte avhengig av kalsiumaluminatsementer som er produsert ved hjelp av den sistnevnte prosessen, der råmaterialene mates proporsjonalt inn i en ovn før de smeltes sammen til klinker som senere males til ulike graderinger av tilslag.

Klinker kombineres deretter med andre råmaterialer for å danne kalsiumaluminatbaserte betongprodukter. De mest populære er de som inneholder minst 40 prosent alumina. Produkter med lavere innhold, for eksempel 20 prosent, gir kanskje ikke like god korrosjonsbestandighet og styrkeutvikling.

Disse produktene har et høyt innhold av aluminiumoksid som gjør at kalsiumaluminathydratiseringsprosessen går raskt, slik at materialet kan tas i bruk raskt etter at det er produsert. Denne egenskapen kan være spesielt nyttig i bruksområder som slurryblandinger og prefabrikerte former, der tidlig styrkeøkning kan være avgjørende for et vellykket prosjekt.

Bruksområder

Kalsiumaluminatsementer brukes ofte som spesialbindemidler i applikasjoner som involverer ildfaste materialer, bygningskjemi og konstruksjon som krever motstand mot korrosjon, slitasje og varme. De kan også blandes med betongformuleringer for å oppnå rask herdetid og tidlig styrkeutvikling.

Sement produseres ved at en kombinasjon av kalkstein, bauksitt eller kalk og aluminiumoksid, avhengig av renhetsgrad, reagerer ved høy temperatur og danner kalsiumaluminatklinker som males til fint pulver før den blandes med vann i en ekstremt rask hydratiseringsreaksjon som fører til sterk tidlig styrke - den endelige styrken oppnås i løpet av 24 timer etter blanding.

I tillegg til at sement gir rask tidlig styrke, har den svært lav varmeledningsevne - ideelt for miljøer der temperaturen kan øke over tid, for eksempel i stålproduksjonsovner eller andre høytemperaturprosesser.

Sement kan også brukes som foringsmateriale eller reparasjonsmateriale i avløpsinfrastrukturer, spesielt mot biogen sulfidkorrosjon - et stadig mer utbredt problem i kloakknett. Duktile jernrør som brukes til avløpsvann og betongrør som brukes i kloakknett, kan fôres med sement for å forbedre motstanden mot slitasje, syre- og biogen sulfidkorrosjon.

Disse foringene kan brukes på nye eller eksisterende duktile jern- og betongrør, kummer og andre komponenter i avløpsinfrastrukturen for langsiktig, holdbar beskyttelse mot H2S-dannelse som følge av aerobe bakterier som bryter ned sulfid i avløpsvannet. De beskytter også mot potensielle reparasjoner av rørseksjoner der det dannes H2S.

Bisley distribuerer Calucem kalsiumaluminatsementer (CAC), produsert av verdens nest største produsent av smeltet kalsiumaluminat og ildfaste materialer, til bruk i ulike byggeprodukter, inkludert selvutjevnende avrettingsmasser, høyfaste fugemasser, rørforingsløsninger, rehabiliteringsmørtler og rehabiliteringsmørtler. De kan brukes enten alene eller som en del av binære eller ternære systemer.

Produksjon

For å produsere kalsiumaluminatsement må man smelte råmaterialer som kalsinert bauksitt og kalkstein under høye temperaturer i en roterende flammeovn for å danne klinker som senere kan males til finhet før den brukes i ulike applikasjoner.

To eksempler på dette er fôringer til kloakkrør, der bakterier genererer svovelsyre, og hydrauliske demninger, der motstand mot slitasje er avgjørende. Begge bruksområdene viser hvordan holdbarhet ikke kan generaliseres ut fra styrke, men i stedet må skreddersys spesifikt til bruksforholdene.

Slike bruksområder krever sement som er både stabil og reaktivt kontrollert, og her er hydratiseringen av de ulike fasene nøkkelen. I denne studien ble CA-, CA2- og C12A7-hydratene karakterisert ved hjelp av SEM og røntgendiffraksjon med kommersiell sement som referanse, før det ble utført strekkprøving på pasta laget av dem.

Aluminatpartiklenes størrelse og form spiller en avgjørende rolle for deres reaktivitet med vannholdige forbindelser, slik SEM-mikrografiene i figur 1 illustrerer. Varierende varmebehandlingstemperaturer fører til dramatiske variasjoner i morfologien; redusert partikkelstørrelse med økt overflateareal øker vannhydratiseringskapasiteten, samtidig som redusert partikkelstørrelse reduserer reaksjonshastigheten med andre hydreringsstoffer som jern.

Kalsiumaluminatsementer har overlegne mekaniske egenskaper samt god slitasje- og sulfatbestandighet, noe som gjør dem til et attraktivt alternativ når slike spesifikke egenskaper er påkrevd i bruksområder. I disse bruksområdene kombineres aluminat med Portland-sement i ulike bygningskjemiske produkter som flislim, fugemasser og gulvavrettingsmasser for å danne bygningskjemiske løsninger. I ildfaste konstruksjoner brukes aluminat i kombinasjon med andre ildfaste materialer som flyveaske, slagg og lett kalkholdig materiale for å produsere sementer som er stabile ved høye temperaturer og har utmerkede egenskaper når det gjelder reaktivitet, slitestyrke og sulfatresistens. Slike sementer er dessuten gode endodontiske reparasjonsmaterialer fordi de fungerer som kjemiske og mekaniske barrierer mot mikrolekkasje av bakterier inn i endodontiske kanaler.