أسمنت ألومينات الكالسيوم

تُستخدم أسمنت ألومينات الكالسيوم منذ فترة طويلة في تطبيقات مياه الصرف الصحي ومياه المجاري بسبب مقاومتها للتآكل والتآكل الحمضي والحيوي. كما أنها تعمل أيضاً كعوامل ربط في الخلائط سريعة التماسك وتطبيقات الحراريات عالية الحرارة.

يحتوي راسب ألومينات سداسي كالسيوم الألومنيوم على معامل انكسار تقريبي يساوي 1.528، ويوضح هنا نمط الأشعة السينية الذي تم تحديده مبدئيًا.

قوة عالية

إن القوة العالية لألومينات الكالسيوم تجعلها مادة رابطة مثالية لتطبيقات البناء، بما في ذلك أسمنت الترميم والخرسانة المستخدمة في الطقس الحار. علاوةً على ذلك، فإن مقاومته الممتازة لهجوم الكبريتات والتآكل - وهما سببان شائعان للتآكل في أنابيب المياه - تجعل من ألومينات الكالسيوم خياراً لا يقدر بثمن.

وقد أثبت الباحثون أيضًا أن إضافة كميات صغيرة من ألومينات الكالسيوم إلى الأسمنت البورتلاندي من النوع الخامس يعزز من مقاومته لهجوم الكبريتات، مما يجعله مناسبًا للاستخدام في التطبيقات التي يجب أن تتحملها الهياكل، مثل أنابيب الصرف الصحي أو الخرسانة المقاومة للمواد الكيميائية المستخدمة كأرضيات صناعية أو أرضيات المنازل.

تُستخدم ألومينات الكالسيوم على نطاق واسع في صناعة الخرسانة في التطبيقات المتخصصة مثل ملاط الإصلاح والحراريات. وأثبتت ألومينات الكالسيوم أيضاً قدرتها على زيادة نفاذية الخرسانة، وبالتالي تقليل مشاكل التآكل المرتبطة بتغلغل المياه؛ والتشقق. وعلاوةً على ذلك، توفر ألومينات الكالسيوم مقاومة جيدة للتآكل والحرارة؛ وهذه الخصائص تجعلها مناسبة بشكل خاص لبناء الأرصفة.

لقد أنتجت المؤلفات المتعلقة بأملاح ألومينات الكالسيوم المعقدة الكثير من المؤلفات التي يمكن تقسيمها بشكل عام إلى سلسلتين. تمثل السلسلة الأولى بصيغ مثل 3CaO*Al2O3*CaX*nH2O حيث X واحد أو أكثر من الأنيونات ثنائية التكافؤ مع تبلور أنيون ثنائي التكافؤ بين 10-12، ويمكن تمثيل السلسلة الثانية بالصيغة العامة 3CaO*Al2O3*3CaCO3*nH2O التي غالباً ما تشكل الأخيرة إبراً طويلة ورفيعة يحدث التبلور الأكثر شيوعاً بين كلتا السلسلتين.

تم تطوير أسمنت مبتكر من ألومينات الكالسيوم خصيصًا لتحقيق قوة رابطة أعلى بين عاج الجذر والعلاج اللبي، مما يجعل الرعاية اللبية ممكنة. أظهر هذا الإسمنت، المعروف باسم EB، قوة رابطة قص أكبر بكثير من GMTA وWMTA؛ ومع ذلك سوف تكون هناك حاجة إلى مزيد من التحقيق قبل أن يوصى به سريريًا. يود المؤلفون أن يشكروا المجلس الوطني للتنمية العلمية والتكنولوجية-المجلس الوطني للعلوم والتكنولوجيا-CNPq على تقديم الدعم المالي.

مقاومة عالية لهجوم الكبريتات

لقد أصبح أسمنت ألومينات الكالسيوم يستخدم على نطاق واسع لمقاومته لهجوم الكبريتات في البناء الخرساني. يمكن للكبريتات الموجودة في التربة أو الماء أن تتفاعل مع نواتج ترطيب الخرسانة لتكوين مواد ملينة قد تؤدي في النهاية إلى فشل هيكلي ينتج عنه تشقق السطح وتشقق وذوبان.

يمكن أن يساعد أسمنت ألومينات الكالسيوم في مكافحة هجمات الكبريتات الخارجية حيث أنه أكثر مقاومة بكثير من أسمنت بورتلاند القياسي للتفاعل مع الكبريتات، حيث أن تركيزه المنخفض من الكلنكر القلوي ومحتواه العالي من الألومينا يؤدي إلى هيدرات أقل قابلية للاستقرار تتفاعل مع الكبريتات لتكوين بلورات الإترينجيت أو الثوماسيت الضارة التي تضر الهياكل.

يتميز أسمنت ألومينات الكالسيوم بمقاومة فائقة للحموضة عند مقارنته بالأسمنت البورتلاندي التقليدي مثل أسمنت بورتلاند من النوع الخامس؛ حيث يتعرض لهجمات الأحماض لأكثر من ضعف المدة التي يتعرض لها الأسمنت البورتلاندي قبل أن يحدث التحلل. ونظراً لهذه الخاصية الفريدة من نوعها، فإن الهياكل الخرسانية المصنوعة من ألومينات الكالسيوم تعد خيارات ممتازة في البيئات التي تعرض الهياكل لمواد كيميائية شديدة التآكل، مثل محطات معالجة مياه الصرف الصحي ومزارع الدجاج.

ويسمح الثبات الكيميائي لألومينات الكالسيوم بتحمل البيئات التي قد يتفكك فيها الأسمنت العادي، بما في ذلك درجات الحرارة التي تصل إلى 1450 درجة فهرنهايت (650 درجة مئوية). ولذلك يمكن استخدام ألومينات الكالسيوم كبطانة حرارية فعالة في الأفران والمفاعلات في مصانع البتروكيماويات.

يسمح محتوى ألومينات الكالسيوم العالي من الألومينا في أسمنت الكالسيوم بمقاومة التآكل بشكل أكثر فعالية من الأسمنت البورتلاندي القياسي، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات الصناعية مثل طحن الأرضيات ومعدات التصنيع. كما تتيح ألومينات الكالسيوم أيضاً إنتاج خرسانة متخصصة بكفاءة مثل قدد التسوية الذاتية وملاط الترميم والمنتجات المقاومة للحرارة.

يمكن أن ينتج عن تصنيع ألومينات الكالسيوم ومعالجتها واستخدامها ملوثات هواء سامة مثل الكبريتات وأكاسيد النيتروجين والجسيمات وثاني أكسيد الكربون التي قد تسبب مشاكل في الجهاز التنفسي وتهيج الجلد لدى العمال. ولتقليل سميته بشكل أكبر، يجب على المصنعين والمناولين تنفيذ ممارسات التصنيع والمناولة الجيدة مع تقييد الاستخدام في المناطق التي يحتمل أن تتعرض للبيئة.

مقاومة عالية للتآكل

نظراً لتركيبها الكيميائي الفريد وبنيتها المجهرية، فإن خرسانة ألومينات الكالسيوم الأسمنتية توفر مقاومة استثنائية ضد التآكل. وهذا ما يجعلها الخيار المثالي للاستخدام في التطبيقات التي تكون فيها المتانة أمرًا بالغ الأهمية مثل شبكات الصرف الصحي المولدة للميكروبات (H2S) أو حمض الكبريتيك أو ممرات تصريف السدود حيث تكون المتانة أمرًا ضروريًا.

يمكن أن تتميز أسمنت ألومينات الكالسيوم بمقاومة عالية للتآكل بسبب انخفاض مساميتها، على الرغم من أن تركيبها يلعب أيضًا دورًا رئيسيًا. تتكون أسمنتات ألومينات الكالسيوم عادةً من نسب عالية من ألومينات الكالسيوم الأحادية (CaAlO4) كمرحلة هيدروليكية أولية؛ وتنتج آلية ترطيبها الفريدة من نوعها مسام أقل بكثير للحصول على مسامية أقل ومقاومة أكبر للتآكل مقارنةً بأسمنت بورتلاند.

تختلف أسمنتات ألومينات الكالسيوم عن الأسمنت التقليدي من نوع بورتلاند في أن ترطيبها الأولي ينتج هلامًا مكونًا من هلام يتكون من الألوموسيليكات الغنية بالسيليكا مقارنةً بأسمنت PC و CAC، حيث ينتج عن الترطيب الأولي هلامًا غنيًا بالسيليكا من الألوموسيليكات الألومينيكا، وذلك بسبب الترطيب الأولي الذي ينتج عنه هلام الجبس الكلسي (GP). تُظهر أسمنتات ألومينات الكالسيوم مقاومة فائقة للتآكل بسبب انخفاض تكوين منطقة الذوبان مما يؤدي إلى انخفاض ملامح التآكل؛ حيث تُظهر فحوصات SEM-EDS سلامة ميكانيكية حتى أعماق تصل إلى حوالي 2 مم، بينما يتعرض كل من PC وCAC عادةً لمناطق ذوبان تتراوح بين 1-5% من إجمالي السماكة عند مقارنتها بال PC وCAC على التوالي.

يوفر أسمنت ألومينات الكالسيوم مقاومة استثنائية للتآكل، إلى جانب مقاومة ممتازة للتآكل والتآكل في البيئات الرطبة مثل تلك التي تأوي البكتيريا التي تنتج حمض الكبريتيك أو الحمأة أو النفايات السائلة من محطات معالجة مياه الصرف الصحي ومياه الصرف الصحي. وبفضل هذا الأداء الفائق، أثبتت أسمنت ألومينات الكالسيوم فائدته بشكل خاص في إعادة تأهيل غرف التفتيش وكذلك تطبيقات مياه الصرف الصحي الأخرى بما في ذلك محطات الرفع والآبار الرطبة وصناديق تقاطع هياكل محطات المعالجة أو أنظمة الأنابيب.

تنطوي الجهود الحالية التي تبذلها شركات مختلفة على تصنيع وتسويق مجموعة من مواد الإصلاح القائمة على ألومينات الكالسيوم الأسمنتية لغرف التفتيش وتطبيقات مياه الصرف الصحي. لا تتطلب هذه الخلطات المسحوقة سوى الماء الصالح للشرب للخلط، ويمكن استخدامها لتبطين غرف التفتيش القائمة وكذلك الجديدة التي تتطلب الإصلاح. وهي توفر أوقات ضبط سريعة، ومقاومة قوية للتآكل، وحماية من التآكل الحيوي ضد بيئات H2S/حمض الكبريتيك وكذلك مقاومة التآكل الحيوي الناجم عن البكتيريا الحيوية في بيئات مياه الصرف الصحي؛ حيث خدمت بنجاح في جميع أنحاء العالم لأكثر من 65 عامًا في تطبيقات مياه الصرف الصحي القاسية في جميع أنحاء العالم.

مقاومة عالية للحموضة

لقد أصبحت ألومينات الكالسيوم إضافة لا تقدر بثمن لكل من تطبيقات الخرسانة والملاط كمادة رابطة متخصصة أو ككاشف معدني، حيث تتميز بمقاومة فائقة ضد التآكل والتآكل والحرارة مع توفير خصائص التثبيت السريع. علاوة على ذلك، غالبًا ما يستخدم لتحسين الأداء عبر مجموعة من المواد الأخرى، مما يوفر المزيد من المتانة في التطبيقات التي تتطلب ذلك.

عادةً ما يستخدم أسمنت ألومينات الكالسيوم عندما تكون مقاومة الحموضة القوية ضرورية، بما في ذلك في بناء البنى التحتية للصرف الصحي مثل أنابيب حديد الدكتايل للتخلص من مياه الصرف الصحي والأنابيب الخرسانية للصرف الصحي؛ كما أن إعادة تأهيل البنى التحتية الحالية للصرف الصحي التي يمكن الوصول إليها من قبل الإنسان تستخدم أسمنت ألومينات الكالسيوم على نطاق واسع.

إن المقاومة الممتازة لألومينات الكالسيوم للحموضة تجعلها مادة مناسبة للأنابيب تحت الأرض، مما يوفر الحماية من هجمات المياه والغاز والكبريتيد الحيوي التي يمكن أن تتسبب في تآكلها وتقصير عمرها الافتراضي والحد من إعادة استخدامها في مواقع مختلفة.

تنبع المقاومة الكيميائية لألومينات الكالسيوم جزئياً من صلابته وصلابته، مما يجعله أكثر مقاومة ضد هجوم كبريتيد الهيدروجين وكذلك تآكل الكبريتيد الحيوي من الأسمنت البورتلاندي.

بالإضافة إلى ذلك، يتميز أسمنت الألومينات بخصائص ممتازة في التطبيقات المقاومة للحرارة العالية، حيث يمكن إضافة ألومينات الكالسيوم إلى مركبات رابطة أخرى من أجل تنظيم تفاعلها ضد درجات الحرارة العالية وضمان مستوى قوة مقبول في الخليط النهائي.

يمكن أن تؤدي إضافات ألومينات الكالسيوم إلى البوليمرات الجيوبوليمرية القائمة على الميتاكولين إلى تحسين قدرتها على مقاومة الحموضة بشكل كبير. ويرجع ذلك إلى مناطق الانتقال البيني الكثيفة التي تشكلها مع الركامات، مما يؤدي إلى انخفاض معدلات تغلغل أيونات الكلوريد وتباطؤ معدلات الكربنة وزيادة المقاومة ضد هجمات الأحماض والتآكل الحيوي.

تتبلور ألومينات الكالسيوم النقية في شكل مكعب، على الرغم من أن تناظرها قد يتحول إلى أحادية الشكل أو أحادية الشكل حسب ظروف تكوينها. لكن عند تعرضه للماء، فإنه يشكل بلورات تشبه الإبرة، تُعرف باسم البلورات الحلقية التي وُصفت بأنها تشبه الإبرة. وقد شوهدت بلورات مماثلة في ما لا يقل عن 10 مخاليط من الجير والألومينا والسيليكا محفوظة لأشهر أو حتى سنوات في قوارير مقفلة بالمطاط مع أختام مطاطية تسمح لثاني أكسيد الكربون من الهواء بالانتشار ببطء في المحاليل وبالتالي تقليل تركيزات ثاني أكسيد الكربون.