Алюмінат кальцію

Алюмінат кальцію часто використовується в бетонах, де потрібен швидкий розвиток міцності, а також для захисту від корозії, абразивного зносу та жаростійкості.

Спеціальні в'яжучі з цього матеріалу виготовляються для використання в будівельній хімії, вогнетривких і будівельних роботах. Він демонструє відмінну стійкість до корозії (особливо до сульфатної дії), стирання і високих температур, а також має властивості швидкого схоплювання.

Використання

Кальцій є невід'ємним інгредієнтом багатьох промислових і будівельних хімічних продуктів, від виробництва будівельних розчинів і цементу до виготовлення будівельної хімії та вогнетривів. Кальцій також демонструє унікальні властивості, коли використовується як спеціальне в'яжуче в конкретних сферах застосування - стійкість до корозії, стирання і нагрівання в поєднанні зі швидким часом схоплювання роблять кальцій винятковим інгредієнтом у багатьох відношеннях.

Алюмінатно-кальцієві цементи, розроблені спеціально для використання в системах очищення стічних вод, є прикладом високоефективних матеріалів, що застосовуються з цього матеріалу. Для таких застосувань зазвичай потрібен бетон, здатний протистояти утворенню кислот (через бактеріальну активність) і бути стійким до стирання.

Алюмінатно-кальцієві цементи можуть бути виготовлені за допомогою різних методів змішування. Один з рецептів виготовлення алюмінатно-кальцієвої цементної суміші полягає у змішуванні портландцементу, шлаку, легкого вапняного матеріалу та домішок протягом 24 годин, що дає змогу отримати економічний метод ремонту з швидким нарощуванням міцності.

Крім того, спеціальні цементи мають інші переваги при застосуванні у високотемпературних середовищах, де звичайний цемент швидко руйнується. Вміст алюмінатів визначає їхню здатність витримувати такі середовища; продукти, що містять щонайменше 40% глинозему (наприклад, Isidac40 або Recipro50), довели свою стійкість до температур до 1450 градусів за Цельсієм.

Портландцемент типу V містить низьку концентрацію алюмінату кальцію для підвищення стійкості до дії сульфатів, що робить його особливо корисним при застосуванні в якості матеріалу для покриття мостового полотна з інтенсивним рухом транспорту або навантаженням.

Зверніть увагу, що спеціальні цементи повинні бути належним чином затверділі для досягнення оптимальних характеристик, використовуючи різні методи затвердіння, такі як розпилення води/туман/стояча вода/мокра мішковина. Крім того, бетон повинен бути залитий і вирівняний так само, як і портландцементний бетон, і механічно вібрувати протягом щонайменше 10 хвилин, щоб забезпечити рівномірну консолідацію і задовільні експлуатаційні характеристики.

Властивості

Властивості кальцій-алюмінатного цементу сильно варіюються залежно від рівня вмісту глинозему. Продукти з більшим вмістом глинозему часто демонструють більшу стійкість до корозії, ніж продукти з меншим вмістом. Високий вміст глинозему також покращує міцність утримання при високих температурах. Однак будь-яке додаткове додавання глинозему повинно бути зведене до абсолютного мінімуму, оскільки його надлишок може вплинути на швидкість утворення оксиду кальцію (CaO) під час процесів гідратації.

Алюмінат кальцію, відомий під назвою алюмінат кальцію, має лужну структуру і тому добре протистоїть кислотності, що робить його придатним для використання в якості футеровки труб і покриттів у системах водовідведення. Крім того, його часто використовують як ремонтний розчин у місцях, що піддаються впливу кислотного середовища, наприклад, на птахофабриках, шкіряних фабриках та інших промислових об'єктах.

Алюмінат кальцію випускається в різних формах, від порошку і гранул до порошкоподібної форми. American Elements пропонує алюмінат кальцію в цих форматах як частину своїх стандартних марок для виробничих цілей, де це можливо: Mil Spec/ACS Reagent and Technical Grade, Food/Agricultural/Pharmaceutical Grade, а також USP/EPBP (Європейська Фармакопея/Британська Фармакопея).

Для виробництва алюмінату кальцію зазвичай використовують два основні процеси: спікання та плавлення. Для очищення стічних вод часто використовують алюмосилікатний цемент, виготовлений за допомогою останнього процесу, при якому сировина пропорційно подається в піч до плавлення з утворенням клінкеру, який згодом подрібнюється на різні градації заповнювача.

Клінкер потім змішується з іншою сировиною для формування бетонних виробів на основі алюмінату кальцію, найпопулярнішими з яких є ті, що містять щонайменше 40 відсотків глинозему; вироби з меншим вмістом глинозему, наприклад, 20 відсотків, можуть не забезпечувати таку ж ефективну корозійну стійкість і початкову швидкість набору міцності.

Ці продукти відрізняються високим вмістом глинозему, що забезпечує швидкий процес гідратації алюмінату кальцію, завдяки чому матеріал може бути введений в експлуатацію одразу після виготовлення. Ця особливість може бути особливо корисною в таких сферах застосування, як суспензійні суміші та збірні форми, де швидкий набір міцності може мати вирішальне значення для успіху проекту.

Додатки

Алюмінатно-кальцієві цементи широко використовуються як спеціальні в'яжучі речовини у вогнетривах, будівельній хімії та будівництві, де потрібна стійкість до корозії, стирання та високих температур. Їх також можна змішувати з бетонними сумішами для досягнення швидкого схоплювання і раннього набору міцності.

Цемент виробляється шляхом реакції при високій температурі комбінації вапняку, бокситу або вапна і глинозему, залежно від рівня їх чистоти, з утворенням клінкеру алюмінату кальцію, який подрібнюється в дрібний порошок перед змішуванням з водою в надзвичайно швидкій реакції гідратації, що призводить до високої початкової міцності - остаточна міцність досягається протягом 24 годин після змішування.

Окрім швидкого набору міцності, цемент має дуже низьку теплопровідність, що ідеально підходить для середовищ, в яких температура може підвищуватися з часом, наприклад, сталеплавильних печей або інших високотемпературних процесів.

Цемент також може використовуватися як футерувальний або ремонтний матеріал в інфраструктурі стічних вод, особливо для захисту від біогенної сульфідної корозії, яка стає все більш поширеною проблемою для каналізаційних мереж. Труби з ковкого чавуну, що використовуються для подачі стічних вод, і бетонні труби, що використовуються для каналізаційних мереж, можуть бути футеровані цементом для підвищення стійкості до абразивного зносу, кислотної та біогенної сульфідної корозії.

Ці вкладиші можна наносити на нові або існуючі труби з ковкого чавуну та бетону, каналізаційні колодязі та інші елементи інфраструктури стічних вод для довготривалого та надійного захисту від утворення H2S внаслідок розщеплення аеробними бактеріями сульфідів у стічних водах. Вони також захищають від потенційного ремонту ділянок труб, де утворюється H2S.

Компанія Bisley розповсюджує кальцій-алюмінатні цементи Calucem (CAC), виготовлені другим найбільшим у світі виробником плавлених алюмінатів кальцію та вогнетривів, для використання в різних будівельних виробах, включаючи самовирівнюючі стяжки, високоміцні будівельні розчини, розчини для футерування труб, відновлювальні розчини та розчини для санації. Вони можуть використовуватися як окремо, так і в складі бінарних або потрійних систем.

Виробництво

Виробництво кальцій-алюмінатного цементу вимагає плавлення сировини, такої як прожарений боксит і вапняк, при високих температурах в обертових полум'яних печах з метою утворення клінкеру, який згодом може бути подрібнений до тонкого помелу перед використанням в різних сферах застосування.

Два приклади, що демонструють це, - футерування каналізаційних труб, де бактерії генерують сірчану кислоту, та гідротехнічні дамби, де стійкість до стирання є ключовим фактором. Обидва приклади демонструють, що довговічність не може бути узагальненою характеристикою міцності, а повинна бути адаптована до конкретних умов використання.

Для таких застосувань потрібен цемент, який є одночасно стабільним і контрольованим за реакційними властивостями, для якого гідратація різних фаз є ключовим фактором. У цьому дослідженні гідрати CA, CA2 і C12A7 були охарактеризовані за допомогою СЕМ і рентгенівської дифракції з використанням комерційного цементу в якості еталона перед проведенням випробувань на розтягнення паст, виготовлених з них.

Розмір і форма частинок алюмінатів відіграють важливу роль у визначенні їхньої реакційної здатності з водовмісними сполуками, як показано на мікрофотографіях СЕМ на рисунку 1. Зміна температури термообробки спричиняє різкі зміни в їхній морфології; зменшення розмірів частинок зі збільшеною площею поверхні збільшує здатність до гідратації води, в той час як одночасне зменшення розмірів частинок зменшує швидкість реакції з іншими гідратуючими речовинами, такими як залізо.

Алюмінатно-кальцієві цементи мають чудові механічні властивості, а також хорошу стійкість до стирання і сульфатів, що робить їх привабливим варіантом, коли потрібні специфічні характеристики, такі як ці. У цих сферах застосування алюмінат поєднується з портландцементом у різних продуктах будівельної хімії, таких як плиткові клеї, будівельні розчини та швидкісні стяжки для підлоги, утворюючи будівельні хімічні розчини. У вогнетривкому будівництві алюмінат використовується в поєднанні з іншими вогнетривкими матеріалами, такими як летюча зола, шлак і легкі вапняні матеріали, для виробництва цементів, стійких до високих температур, з відмінною реакційною здатністю, стійкістю до стирання і сульфатостійкістю. Крім того, такі цементи є чудовими ендодонтичними ремонтними матеріалами, оскільки діють як хімічні та механічні бар'єри, що перешкоджають мікропроникненню бактерій в ендодонтичні канали.