Kalsiumaluminatsementer - Calcium aluminate cements

Fasediagram over kalsiumaluminater i vannfri kalsiumaluminatsement før hydrering.

Kalsiumaluminatsement er sement som hovedsakelig består av hydrauliske kalsiumaluminater. Alternative navn er "aluminøs sement", "høy-aluminasement" og "Ciment fondu" på fransk. De brukes i en rekke småskala, spesialiserte applikasjoner.

Historie

Fremgangsmåte for fremstilling av sement fra kalkstein og lav-silika bauxitt ble patentert i Frankrike i 1908 av Bied av den Pavin de Lafarge selskapet . Den første utviklingen var som et resultat av søket etter en sement som gir sulfatmotstand. Sementen var kjent som "Ciment fondu" på fransk. Deretter ble de andre spesielle egenskapene oppdaget, og disse førte til fremtiden i nisjeapplikasjoner.

På 2010-tallet ble produktet funnet på det amerikanske markedet under navnet FONDAG sement (FOND Aluminous Aggregate), noen ganger referert til som ALAG (ALuminous AGgregate). FONDAG sement er en blanding av opptil 40 prosent aluminiumoksyd, stabil ved høye temperaturer og termisk sykling fra −184–1,093 ° C (−300–2000 ° F)

Sammensetning

Den viktigste aktive bestanddel av kalsiumaluminat sement er monokalsium-aluminat (CaAl 2 O 4 , CaO-Al 2 O 3 , eller CA i den sement kjemiker notasjon ). Den inneholder vanligvis andre kalsiumaluminater samt et antall mindre reaktive faser som kommer fra urenheter i råmaterialene. Snarere møter man et bredt spekter av komposisjoner, avhengig av anvendelsen og renheten til den anvendte aluminiumskilden. Bestanddeler av noen typiske formuleringer inkluderer:

Oksid / mineral Generelt formål Buff Hvit Ildfast
SiO 2 4.0 5.0 2.7 0,4
Al 2 O 3 39.4 53,0 62.4 79.6
Fe 2 O 3 16.4 2.0 0,4 0
CaO 38.4 38,0 34.0 19.8
MgO 1.0 0,1 0,1 0
Na 2 O 0,1 0,1 0 0
K 2 O 0,2 0 0 0
TiO 2 1.9 1.8 0,4 0,1
Monokalsiumaluminat 46 70 70 35
Dodecacalcium hepta-aluminat 10 5 0 0
Monocalcium dialuminate 0 0 17 30
Belite 7 5 0 0
Gehlenitt 4 14 11 1
Ferrit 24 5 2 0
Pleokroitt 1 1 1 0
Wüstite 7 0 0 0
Korund 0 0 0 33

Mineralfasene har alle form av faste løsninger med noe variable sammensetninger

Produksjon

Sementen fremstilles ved å smelte sammen en blanding av et kalsiumholdig materiale (normalt kalsiumoksyd fra kalkstein ) og et aluminiumbærende materiale (normalt bauxitt for generelle formål, eller raffinert aluminiumoksyd for hvitt og ildfast sement). De flytendegjorte til blandingen avkjøles til et vesikulært , basalt -lignende klinker som er slipt alene for å fremstille det ferdige produkt. Fordi fullstendig smelting vanligvis finner sted, kan råvarer i klumpform brukes. Et typisk ovnarrangement omfatter en etterklangsovn forsynt med en akselforvarmer der de varme avgassene passerer oppover når klumpråmaterialblandingen passerer nedover. Forvarmeren gjenvinner det meste av varmen i forbrenningsgassene, dehydrerer og dehydroksylerer bauxitt og avkarbonerer kalkstein. Det kalsinerte materialet faller ned i den "kule enden" av smeltebadet. Smelten flyter over den varme enden av ovnen i former der den avkjøles og stivner. Systemet fyres med pulverisert kull eller olje. De avkjølte klinkeblokkene knuses og males i en kulkvern . Når det gjelder ildfast sement med høy aluminiumoksyd , hvor blandingen bare sintrer, kan en roterende ovn brukes.

Reaksjon med vann

Hydreringsreaksjonene til kalsiumaluminatsement er svært komplekse. De styrkeutviklende fasene er monokalsiumaluminat, dodeca-kalsium hepta-aluminat og belite . Kalsium aluminoferrite, mono dialuminate, gehlenitt og pleochroite bidrar lite til styrke.

De reaktive aluminater reagerer med vann i første omgang å danne en blanding av:
   CaO-Al 2 O 3 * 10 ~ H 2 O,
2 CaO-Al 2 O 3 · 8 H 2 O,
3 CaO-Al 2 O 3 · 6 H 2 O og Al (OH) 3 gel,
hvor mengdene av hver avhenger av herdetemperaturen. De to første hydrater deretter spaltes til en blanding av 3-CaO-Al 2 O 3 · 6 H 2 O, Al (OH) 3 -gel og vann, denne prosessen blir kalt "konvertering". På grunn av tap av vann forårsaker konvertering en økning i porøsitet, noe som kan ledsages av en reduksjon i styrke. Dette trenger ikke være et problem i konstruksjonsbetong, forutsatt at det anvendes et tilstrekkelig høyt sementinnhold og et tilstrekkelig lavt vann / sementforhold.

applikasjoner

På grunn av de relativt høye kostnadene brukes kalsiumaluminatsement i en rekke begrensede applikasjoner der oppnådd ytelse rettferdiggjør kostnadene:

  • i konstruksjonsbetong, der det kreves rask styrkeutvikling, selv ved lave temperaturer.
  • som et beskyttende fôr mot mikrobiell korrosjon som i kloakkinfrastruktur .
  • i ildfaste betonger, der det kreves styrke ved høye temperaturer.
  • som en komponent i blandede sementformuleringer, for forskjellige egenskaper som ultra-rask styrkeutvikling og kontrollert ekspansjon kreves.
  • i kloakknettverk for deres høye motstand mot biogen sulfidkorrosjon .

Avløpsnett applikasjoner

Den biogene korrosjonsbestandigheten til kalsiumaluminatsement brukes i dag i tre hovedapplikasjoner:

  • Duktilt jernrør for avløpsvann har en innvendig foring laget av kalsiumaluminat sementmørtel,
  • Betongrør for avløp kan lages enten med kalsiumaluminat sement med full masse eller med en innvendig foring av kalsiumaluminat sementmørtel,
  • Rehabilitering av menneskelig tilgjengelig kloakkinfrastruktur med 100% kalsiumaluminatmørtel ved hjelp av en av følgende installasjonsmetoder: vått spray med lavt trykk, våt spray med roterende hode eller tørr spray med høyt trykk (gunite).

Problemer

Feil bruk av kalsiumaluminatsement har ført til konstruksjonsproblemer, spesielt i tredje kvartal av det 20. århundre da denne typen sement ble brukt på grunn av dens raskere herdingsegenskaper. Etter flere år kollapset noen av bygningene og konstruksjonene på grunn av forringelse av sementen, og mange måtte rives eller forsterkes. Varme og fuktighet akselererer nedbrytningsprosessen som kalles "konvertering".

8. februar 1974 kollapset taket på et svømmebasseng i Storbritannia. I Madrid, Spania, en stor boligblokk med kallenavnet Korea (fordi den ble bygget for å huse amerikanere under Koreakrigen ), bygget 1951 ~ 1954, ble rammet og måtte rives i 2006. Også i Madrid ble Vicente Calderón fotballstadion berørt og måtte delvis gjenoppbygges og forsterkes.

Referanser

  1. ^ Hewlett PC (red.) (1998) Lea's Chemistry of Cement and Concrete: 4th Ed , Arnold, ISBN  0-340-56589-6 , Chapter 13.
  2. ^ "FONDAG" . Vann Online . 2019 . Hentet 29. august 2019 . ALAG (ALuminous AGgregate) er et syntetisk kalsiumaluminataggregat produsert ved fusjon av bauxitt og kalkstein i et delvis omkrystallisert aggregat på ca. 40% aluminiumoksyd. Det er i det vesentlige Fondu-klinker, knust og dimensjonert i karakterer som ofte er nødvendige av betong og støpbare formulatorer.
  3. ^ Taylor HFW (1990) Cement Chemistry , Academic Press, ISBN  0-12-683900-X , s. 317.
  4. ^ Taylor ibid s. 330.
  5. ^ https://www.architectsjournal.co.uk/archive/trial-and-error-2
  6. ^ http://www.elmundo.es/papel/2007/02/07/madrid/2082060.html