Калциево-алуминиев цимент

Калциево-алуминатните цименти отдавна се използват в областта на отпадъчните води и канализацията поради тяхната устойчивост на абразия, киселинна и биогенна корозия. Те служат и като свързващи агенти в бързосвързващи смеси и приложения за високотемпературни огнеупорни материали.

Утайката от хексакалциев алуминат има приблизителен показател на пречупване 1,528 и тук е показана условно идентифицираната рентгенова картина.

Висока якост

Високата якост на калциевия алуминат го прави идеално свързващо вещество за строителни приложения, включително ремонтни цименти и бетон, използван в горещо време. Освен това отличната му устойчивост на сулфатни атаки и абразия - две често срещани причини за корозия във водопроводните тръби - прави калциевия алуминат безценен избор.

Изследователите са доказали също така, че добавянето на малки количества калциев алуминат към портландцимент тип V повишава устойчивостта му на сулфатни атаки, което го прави подходящ за използване в приложения, в които структурите трябва да издържат на това, като например канализационни тръби или химически устойчиви бетони, използвани като индустриални настилки или подове на къщи.

Калциевият алуминат се използва широко в бетонната индустрия за специализирани приложения като ремонтни разтвори и огнеупорни материали. Калциевият алуминат също така е доказал, че повишава пропускливостта на бетона, като по този начин намалява проблемите с корозията, свързани с проникването на вода и образуването на отломки. Освен това калциевият алуминат има добра устойчивост на абразия и топлина; тези свойства го правят особено подходящ за изграждане на настилки.

Литературата по отношение на комплексните соли на калциевия алуминат е създала много публикации, които могат да бъдат разделени най-общо на две серии. Едната серия е представена от формули като 3CaO*Al2O3*CaX*nH2O, където X е един или повече двувалентни аниони с аниономия между 10-12; другата може да бъде представена от общата формула 3CaO*Al2O3*3CaCO3*nH2O, за която последната често образува дълги, тънки игли, кристализацията се среща по-често сред двете серии.

Иновативният калциево-алуминатен цимент е разработен специално за постигане на по-висока здравина на връзката между кореновия дентин и ендодонтското лечение, което прави възможна ендодонтската грижа. Този цимент, известен като EB, демонстрира значително по-голяма якост на срязване от GMTA и WMTA; въпреки това ще са необходими допълнителни изследвания, преди да бъде препоръчан в клиничната практика. Авторите биха искали да благодарят на Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnologico-CNPq за осигурената финансова подкрепа.

Висока устойчивост на сулфатни атаки

Циментът от калциев алуминат е широко използван заради устойчивостта му на сулфатни атаки в бетонните конструкции. Сулфатите в почвата или водата могат да реагират с продуктите на хидратация на бетона и да образуват омекотяващи материали, които в крайна сметка могат да доведат до структурна повреда, изразяваща се в повърхностно изронване, напукване и размразяване.

Калциево-алуминатните цименти могат да помогнат в борбата с външните сулфатни атаки, тъй като са много по-устойчиви от стандартния портландцимент на реакция със сулфати, тъй като ниската концентрация на алкален клинкер и високото съдържание на алуминий водят до по-малко метастабилни хидрати, които реагират със сулфати и образуват вредни кристали на етрингит или таумазит, които увреждат структурите.

Калциево-алуминатният цимент предлага превъзходна устойчивост на киселинност в сравнение с традиционните портландцименти, като например портландцимент тип V; когато е изложен на киселинни атаки за повече от два пъти по-дълго време, преди да настъпи деградация. Благодарение на това уникално свойство бетонните конструкции от калциев алуминат са отличен избор в среди, излагащи конструкциите на силно корозивни химикали, като например пречиствателни станции за отпадъчни води и птицеферми.

Химическата стабилност на калциевия алуминат му позволява да издържа на среди, в които обикновеният цимент би се разпаднал, включително на температури до 1450 F (650 C). Поради това калциевият алуминат може да се използва като ефективна огнеупорна облицовка в пещи и реактори в нефтохимически заводи.

Високото съдържание на алуминиев оксид в калциево-алуминатния цимент му позволява да се противопоставя по-ефективно на абразията в сравнение със стандартните портланд цименти, което го прави идеален за индустриални приложения, като например за шлайфане на подове и производствено оборудване. Калциевият алуминат също така дава възможност за ефективно производство на специални бетони, като саморазливни замазки, ремонтни разтвори и огнеупорни продукти.

При производството, обработката и използването на калциев алуминат могат да се отделят токсични замърсители на въздуха, като сулфати, азотни оксиди, частици и въглероден диоксид, които могат да причинят дихателни проблеми и кожни раздразнения на работниците. За да се намали допълнително токсичността му, производителите и обработващите трябва да прилагат добри производствени и обработващи практики, като същевременно ограничават употребата в области, в които има вероятност от излагане на въздействието на околната среда.

Висока устойчивост на абразия

Благодарение на уникалния си химичен състав и микроструктура калциево-алуминатните циментови бетони предлагат изключителна устойчивост срещу износване. Това ги прави идеален избор за използване в приложения, където издръжливостта е от критично значение, като например в канализационни мрежи, генериращи микроби (H2S) или сярна киселина, или в преливници на язовири, където издръжливостта е задължителна.

Калциево-алуминатните цименти могат да се похвалят с висока устойчивост на износване поради ниската си порьозност, въпреки че съставът им също играе важна роля. Калциево-алуминатните цименти обикновено се състоят от високо съотношение на монокалциев алуминат (CaAlO4) като основна хидравлична фаза; техният уникален механизъм на хидратация създава значително по-малко пори за по-малка порьозност и по-голяма устойчивост на износване в сравнение с портландските цименти.

Калциево-алуминатните цименти се различават от традиционните цименти от портландски тип по това, че при първоначалната им хидратация се получава гел, съставен от богати на силициев диоксид алумосиликати, в сравнение с PC и CAC циментите, при които при първоначалната хидратация се получават богати на силициев диоксид алумосиликатни гелове, поради това, че при първоначалната хидратация се получава гел от калциев гипс (GP). Калциево-алуминатните цименти показват по-добра устойчивост на корозия поради намаленото образуване на зони на разтваряне, което води до намаляване на профилите на делюминация; SEM-EDS изследванията показват механична непокътнатост до дълбочина от около 2 mm, докато при PC и CAC обикновено се наблюдават зони на разтваряне между 1-5% от общата дебелина в сравнение съответно с PC и CAC.

Калциево-алуминатните цименти предлагат изключителна устойчивост на абразия, както и отлична устойчивост на корозия и абразия във влажна среда, като например среда, в която се намират бактерии, произвеждащи сярна киселина, утайки или отпадни води от пречиствателни станции за отпадъчни води и отпадни води. Благодарение на тези превъзходни характеристики калциево-алуминатните цименти се оказват особено полезни за рехабилитация на шахти, както и за други приложения в областта на отпадъчните води, включително асансьорни станции, мокри кладенци, съединителни кутии на пречиствателни съоръжения или тръбопроводни системи.

Настоящите усилия на различни компании са свързани с производството и предлагането на пазара на редица ремонтни материали на основата на калциев алуминат за шахти и приложения за отпадъчни води. Тези прахообразни смеси се нуждаят само от питейна вода за смесване и могат да се използват за облицоване на съществуващи шахти, както и на нови, нуждаещи се от ремонт. Те предлагат бързо време за втвърдяване, силна износоустойчивост, защита от биогенна корозия в среда на H2S/сярна киселина, както и устойчивост срещу биогенна корозия, причинена от биогенни бактерии в среда на отпадъчни води; успешно служат по света повече от 65 години в тежки приложения за отпадъчни води по целия свят.

Висока устойчивост на киселини

Калциевият алуминат се е превърнал в безценно допълнение към приложенията за бетон и разтвори като специално свързващо вещество или като минерален реагент, като се отличава с изключителна устойчивост на корозия, абразия и топлина, като същевременно предлага свойства за бързо втвърдяване. Освен това той често се използва за подобряване на характеристиките на редица други материали, като осигурява по-голяма издръжливост в приложенията, които го изискват.

Калциево-алуминатният цимент обикновено се използва, когато е необходима силна киселинна устойчивост, включително при изграждането на канализационни инфраструктури, като тръби от сферографитен чугун за отвеждане на отпадъчни води и бетонни тръби за канализация; при рехабилитацията на съществуващи канализационни инфраструктури, до които има достъп човек, също се използва широко калциево-алуминатният цимент.

Отличната устойчивост на калциев алуминат на киселинност го прави подходящ материал за подземни тръбопроводи, като осигурява защита от въздействието на вода, газ и биогенни сулфиди, които иначе биха могли да го разядат и да съкратят експлоатационния му живот и да ограничат повторната му употреба на различни места.

Химическата устойчивост на калциевия алуминат се дължи отчасти на неговата твърдост и издръжливост, което го прави по-устойчив на въздействието на сероводорода, както и на биогенната сулфидна корозия, отколкото портландцимента.

Освен това алуминатният цимент има отлични свойства при високотемпературни огнеупорни приложения, където калциевият алуминат може да се добави към други свързващи вещества, за да се регулира реакцията им при високи температури и да се осигури приемливо ниво на якост в крайната смес.

добавките от калциев алуминат към геополимери на основата на метакаолин могат значително да подобрят способността им да устояват на киселинност. Това се дължи на плътните междуфазови преходни зони (МЗЗ), които той образува с агрегатите, което води до по-ниска скорост на проникване на хлоридни йони, по-бавна карбонизация и по-голяма устойчивост срещу киселинни атаки и биогенна корозия.

Чистият калциев алуминат кристализира в кубична форма, въпреки че симетрията му може да се промени до орторомбична и моноклинна в зависимост от условията на образуване. Когато обаче е изложен на вода, той образува иглообразни кристали, известни като ацикуларни кристали, които са описани като иглообразни. Подобни кристали са наблюдавани в поне 10 смеси от вар, алуминий и силициев диоксид, държани в продължение на месеци или дори години в колби с гумени запушалки, които позволяват на въглеродния диоксид от въздуха бавно да дифундира в разтворите, като по този начин намалява концентрацията на CO2.