Τσιμέντο αργιλικού ασβεστίου

Τα αλουμινικά τσιμέντα ασβεστίου χρησιμοποιούνται εδώ και πολύ καιρό σε εφαρμογές υγρών αποβλήτων και αποχέτευσης λόγω της ανθεκτικότητάς τους στην τριβή, την όξινη και βιογενή διάβρωση. Χρησιμεύουν επίσης ως συνδετικοί παράγοντες σε μίγματα ταχείας πήξης και σε εφαρμογές πυρίμαχων υλικών υψηλής θερμοκρασίας.

Το ίζημα αργιλικού εξασβεστίου έχει κατά προσέγγιση δείκτη διάθλασης 1,528 και το προσωρινά αναγνωρισμένο μοτίβο ακτίνων Χ παρουσιάζεται εδώ.

Υψηλή αντοχή

Η υψηλή αντοχή του αργιλικού ασβεστίου το καθιστά ιδανικό συνδετικό υλικό για κατασκευαστικές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων των επισκευαστικών τσιμέντων και του σκυροδέματος που χρησιμοποιείται σε θερμές καιρικές συνθήκες. Επιπλέον, η εξαιρετική αντοχή του στην προσβολή από θειικά άλατα και στην τριβή - δύο συνήθεις αιτίες διάβρωσης σε σωλήνες νερού - καθιστούν το αργιλικό ασβέστιο μια ανεκτίμητη επιλογή.

Οι ερευνητές έχουν επίσης αποδείξει ότι η προσθήκη μικρών ποσοτήτων αλουμινικού ασβεστίου στο τσιμέντο Πόρτλαντ τύπου V ενισχύει την αντοχή του στην προσβολή από θειικά άλατα, καθιστώντας το κατάλληλο για χρήση σε εφαρμογές όπου οι κατασκευές πρέπει να αντέξουν, όπως σωλήνες αποχέτευσης ή σκυροδέματα ανθεκτικά στα χημικά που χρησιμοποιούνται ως βιομηχανικά δάπεδα ή δάπεδα σπιτιών.

Το αργιλικό ασβέστιο χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία σκυροδέματος για εξειδικευμένες εφαρμογές όπως επισκευαστικά κονιάματα και πυρίμαχα υλικά. Το αργιλικό ασβέστιο έχει επίσης αποδειχθεί ότι αυξάνει τη διαπερατότητα του σκυροδέματος, μειώνοντας έτσι τα προβλήματα διάβρωσης που σχετίζονται με τη διείσδυση του νερού και την αποκόλληση. Επιπλέον, το αργιλικό ασβέστιο προσφέρει καλή αντοχή στην τριβή και τη θερμότητα- οι ιδιότητες αυτές το καθιστούν ιδιαίτερα κατάλληλο για την κατασκευή οδοστρωμάτων.

Η βιβλιογραφία σχετικά με τα σύνθετα άλατα αργιλικού ασβεστίου έχει δημιουργήσει μεγάλη βιβλιογραφία που μπορεί να χωριστεί σε γενικές γραμμές σε δύο σειρές. Η μία σειρά αντιπροσωπεύεται από τύπους όπως 3CaO*Al2O3*CaX*nH2O όπου X είναι ένα ή περισσότερα δισθενή ανιόντα με ανωνυμία μεταξύ 10-12- η άλλη μπορεί να αντιπροσωπευθεί από τον γενικό τύπο 3CaO*Al2O3*3CaCO3*nH2O για τον οποίο η τελευταία συχνά σχηματίζει μακριές, λεπτές βελόνες Η κρυστάλλωση εμφανίζεται συχνότερα μεταξύ αυτών των δύο σειρών.

Ένα καινοτόμο τσιμέντο αργιλικού ασβεστίου αναπτύχθηκε ειδικά για την επίτευξη υψηλότερων αντοχών συγκόλλησης μεταξύ της οδοντίνης της ρίζας και της ενδοδοντικής θεραπείας, καθιστώντας δυνατή την ενδοδοντική φροντίδα. Αυτό το τσιμέντο, γνωστό ως EB, κατέδειξε σημαντικά μεγαλύτερες αντοχές διατμητικής συγκόλλησης από το GMTA και το WMTA- ωστόσο, θα απαιτηθεί περαιτέρω έρευνα προτού να μπορεί να συστηθεί κλινικά. Οι συγγραφείς θα ήθελαν να ευχαριστήσουν το Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnologico-CNPq για την παροχή οικονομικής υποστήριξης.

Υψηλή αντοχή στην επίθεση θειικών αλάτων

Το αλουμινικό τσιμέντο ασβεστίου χρησιμοποιείται ευρέως για την αντοχή του στην προσβολή από θειικά άλατα στην κατασκευή σκυροδέματος. Τα θειικά άλατα στο έδαφος ή στο νερό μπορούν να αντιδράσουν με τα προϊόντα ενυδάτωσης του σκυροδέματος και να σχηματίσουν μαλακτικά υλικά που μπορεί τελικά να οδηγήσουν σε δομική αστοχία με αποτέλεσμα την επιφανειακή αποκόλληση, τη ρηγμάτωση και την απόψυξη.

Τα αλουμινικά τσιμέντα ασβεστίου μπορούν να βοηθήσουν στην καταπολέμηση των εξωτερικών επιθέσεων από θειικά άλατα, καθώς είναι πολύ πιο ανθεκτικά από το τυπικό τσιμέντο Πόρτλαντ στην αντίδραση με θειικά άλατα, καθώς η χαμηλή συγκέντρωση αλκαλικού κλίνκερ και η υψηλή περιεκτικότητά τους σε αλουμίνα έχουν ως αποτέλεσμα λιγότερο μετασταθή ένυδρα που αντιδρούν με θειικά άλατα σχηματίζοντας επιβλαβείς κρυστάλλους εττρινγκίτη ή θαυμασίτη που καταστρέφουν τις δομές.

Το αλουμινικό τσιμέντο ασβεστίου προσφέρει ανώτερη αντοχή στην οξύτητα σε σύγκριση με τα παραδοσιακά τσιμέντα Πόρτλαντ, όπως το τσιμέντο Πόρτλαντ τύπου V. Όταν εκτίθεται σε επιθέσεις από οξέα για υπερδιπλάσιο χρονικό διάστημα πριν από την υποβάθμιση. Λόγω αυτής της μοναδικής ιδιότητας, οι κατασκευές από σκυρόδεμα με αργιλικό ασβέστιο αποτελούν εξαιρετικές επιλογές σε περιβάλλοντα που εκθέτουν κατασκευές σε ιδιαίτερα διαβρωτικές χημικές ουσίες, όπως εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων και πτηνοτροφεία.

Η χημική σταθερότητα του αργιλικού ασβεστίου του επιτρέπει να αντέχει σε περιβάλλοντα όπου το κανονικό τσιμέντο θα διαλυόταν, συμπεριλαμβανομένων θερμοκρασιών έως και 1450 F (650 C). Συνεπώς, το αργιλικό ασβέστιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αποτελεσματική πυρίμαχη επένδυση σε κλιβάνους και αντιδραστήρες σε πετροχημικά εργοστάσια.

Η υψηλή περιεκτικότητα του αλουμινικού τσιμέντου σε αλουμίνα του επιτρέπει να αντιστέκεται στην τριβή πιο αποτελεσματικά από τα συνήθη τσιμέντα Πόρτλαντ, καθιστώντας το ιδανικό για βιομηχανικές εφαρμογές όπως δάπεδα λείανσης και εξοπλισμό κατασκευής. Το αλουμινικό ασβέστιο καθιστά επίσης αποτελεσματική την παραγωγή ειδικών σκυροδεμάτων, όπως αυτοεπιπεδούμενα κονιάματα, επισκευαστικά κονιάματα και πυρίμαχα προϊόντα.

Η κατασκευή, η επεξεργασία και η χρήση αργιλικού ασβεστίου μπορεί να παράγει τοξικούς ατμοσφαιρικούς ρύπους όπως θειικά άλατα, οξείδια του αζώτου, σωματίδια και διοξείδιο του άνθρακα που μπορεί να προκαλέσουν αναπνευστικά προβλήματα και δερματικούς ερεθισμούς στους εργαζόμενους. Για να μειωθεί περαιτέρω η τοξικότητά του, οι κατασκευαστές και οι χειριστές θα πρέπει να εφαρμόζουν ορθές πρακτικές παραγωγής και χειρισμού, ενώ παράλληλα θα πρέπει να περιορίζουν τη χρήση σε περιοχές που ενδέχεται να υποστούν περιβαλλοντική έκθεση.

Υψηλή αντοχή στην τριβή

Λόγω της μοναδικής χημικής σύνθεσης και μικροδομής τους, τα σκυροδέματα τσιμέντου με αργιλικό ασβέστιο προσφέρουν εξαιρετική αντοχή στην τριβή. Αυτό τα καθιστά ιδανική επιλογή για χρήση σε εφαρμογές όπου η ανθεκτικότητα είναι κρίσιμη, όπως σε δίκτυα αποχέτευσης που παράγουν μικροβιακό (H2S) ή θειικό οξύ ή σε υπερχειλιστές φραγμάτων όπου η ανθεκτικότητα είναι απαραίτητη.

Τα τσιμέντα αλουμινικού ασβεστίου μπορούν να υπερηφανεύονται για την υψηλή αντοχή τους στην τριβή λόγω του χαμηλού πορώδους τους, αν και η σύνθεσή τους παίζει επίσης σημαντικό ρόλο. Τα αλουμινικά τσιμέντα ασβεστίου αποτελούνται συνήθως από υψηλά ποσοστά αλουμινικού μονοασβεστίου (CaAlO4) ως κύρια υδραυλική φάση- ο μοναδικός μηχανισμός ενυδάτωσής τους παράγει σημαντικά λιγότερους πόρους για μικρότερο πορώδες και μεγαλύτερη αντοχή στην τριβή σε σύγκριση με τα τσιμέντα Portland.

Τα τσιμέντα αργιλικού ασβεστίου διαφέρουν από τα παραδοσιακά τσιμέντα τύπου Portland στο ότι η αρχική ενυδάτωσή τους παράγει ένα πήκτωμα που αποτελείται από αργιλοπυριτικά πλούσια σε πυρίτιο σε σύγκριση με τα τσιμέντα PC και CAC, όπου η αρχική ενυδάτωση παράγει πηκτώματα αργιλοπυριτικών πλούσια σε πυρίτιο, λόγω της αρχικής ενυδάτωσης που παράγει πήκτωμα ασβεστούχου γύψου (GP). Τα τσιμέντα αργιλικού ασβεστίου παρουσιάζουν ανώτερη αντοχή στη διάβρωση λόγω του μειωμένου σχηματισμού ζωνών διάλυσης που οδηγούν σε μειωμένα προφίλ αποδιάβρωσης- οι έρευνες SEM-EDS καταδεικνύουν μηχανικά άθικτη κατάσταση μέχρι βάθος περίπου 2mm, ενώ τα PC και CAC εμφανίζουν συνήθως ζώνες διάλυσης μεταξύ 1-5% του συνολικού πάχους σε σύγκριση με τα PC και CAC αντίστοιχα.

Τα τσιμέντα αργιλικού ασβεστίου προσφέρουν εξαιρετική αντοχή στην τριβή, καθώς και εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση και την τριβή σε υγρά περιβάλλοντα, όπως αυτά που φιλοξενούν βακτήρια που παράγουν θειικό οξύ, λάσπες ή εκροές από εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων και απόβλητα λυμάτων. Λόγω αυτής της ανώτερης απόδοσης, τα τσιμέντα αργιλικού ασβεστίου έχουν αποδειχθεί ιδιαίτερα χρήσιμα για την αποκατάσταση φρεατίων καθώς και για άλλες εφαρμογές αποχέτευσης, όπως σταθμοί ανύψωσης, υγρά φρεάτια, δομές εγκαταστάσεων επεξεργασίας, κουτιά διακλαδώσεων ή συστήματα σωληνώσεων.

Οι τρέχουσες προσπάθειες διαφόρων εταιρειών περιλαμβάνουν την κατασκευή και εμπορία μιας σειράς υλικών επισκευής με βάση το αλουμινικό ασβέστιο για φρεάτια και εφαρμογές αποχέτευσης. Αυτά τα μίγματα σε σκόνη απαιτούν μόνο πόσιμο νερό για την ανάμιξη και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επένδυση υφιστάμενων φρεατίων καθώς και νέων φρεατίων που απαιτούν επισκευή. Προσφέρουν γρήγορους χρόνους πήξης, ισχυρή αντοχή στην τριβή, προστασία από βιογενή διάβρωση σε περιβάλλοντα H2S/θειικού οξέος, καθώς και αντίσταση σε βιογενή διάβρωση που προκαλείται από βιογενή βακτήρια σε περιβάλλοντα λυμάτων- έχουν χρησιμοποιηθεί με επιτυχία παγκοσμίως για πάνω από 65 χρόνια σε σκληρές εφαρμογές λυμάτων παγκοσμίως.

Υψηλή αντοχή στην οξύτητα

Το αργιλικό ασβέστιο έχει γίνει μια ανεκτίμητη προσθήκη τόσο σε εφαρμογές σκυροδέματος όσο και σε εφαρμογές κονιαμάτων ως ειδικό συνδετικό υλικό ή ως ορυκτό αντιδραστήριο, διαθέτοντας ανώτερη αντοχή στη διάβρωση, την τριβή και τη θερμότητα, ενώ παράλληλα προσφέρει ιδιότητες ταχείας πήξης. Επιπλέον, χρησιμοποιείται συχνά για τη βελτίωση της απόδοσης σε μια σειρά άλλων υλικών, παρέχοντας μεγαλύτερη αντοχή σε εφαρμογές που το απαιτούν.

Το αλουμινικό τσιμέντο ασβεστίου χρησιμοποιείται συνήθως όταν απαιτείται ισχυρή αντοχή στην οξύτητα, μεταξύ άλλων στην κατασκευή υποδομών αποχέτευσης, όπως σωλήνες από ελατό σίδηρο για τη διάθεση λυμάτων και σωλήνες από σκυρόδεμα για την αποχέτευση- η αποκατάσταση υφιστάμενων υποδομών αποχέτευσης που είναι προσβάσιμες από τον άνθρωπο χρησιμοποιεί επίσης εκτενώς αλουμινικό τσιμέντο ασβεστίου.

Η εξαιρετική αντοχή του αργιλικού ασβεστίου στην οξύτητα το καθιστά κατάλληλο υλικό για υπόγειες σωληνώσεις, προσφέροντας προστασία από επιθέσεις νερού, αερίων και βιογενών σουλφιδίων που διαφορετικά θα μπορούσαν να το διαβρώσουν και να μειώσουν τη διάρκεια ζωής του και να περιορίσουν την επαναχρησιμοποίησή του σε διάφορες τοποθεσίες.

Η χημική αντοχή του αργιλικού ασβεστίου οφείλεται εν μέρει στη σκληρότητα και την ανθεκτικότητά του, καθιστώντας το πιο ανθεκτικό στην προσβολή από υδρόθειο καθώς και στη διάβρωση από βιογενή θειούχα από ό,τι το τσιμέντο Πόρτλαντ.

Επιπλέον, το αλουμινικό τσιμέντο έχει εξαιρετικές ιδιότητες σε πυρίμαχες εφαρμογές υψηλών θερμοκρασιών, όπου το αλουμινικό ασβέστιο μπορεί να προστεθεί σε άλλες ενώσεις συνδετικού υλικού προκειμένου να ρυθμιστεί η αντίδρασή τους έναντι υψηλών θερμοκρασιών και να εξασφαλιστεί ένα αποδεκτό επίπεδο αντοχής στο τελικό μίγμα.

τα πρόσθετα αργιλικού ασβεστίου σε γεωπολυμερή με βάση τον μετακαολίνη μπορούν να βελτιώσουν σημαντικά την ικανότητά τους να αντιστέκονται στην οξύτητα. Αυτό οφείλεται στις πυκνές διεπιφανειακές μεταβατικές ζώνες (ITZ) που σχηματίζει με τα αδρανή, οδηγώντας σε χαμηλότερους ρυθμούς διείσδυσης ιόντων χλωρίου, βραδύτερους ρυθμούς ενανθράκωσης και μεγαλύτερη αντοχή έναντι επιθέσεων από οξέα και βιογενή διάβρωση.

Το καθαρό αργιλικό ασβέστιο κρυσταλλώνεται σε κυβική μορφή, αν και η συμμετρία του μπορεί να μετατοπιστεί σε ορθορομβική και μονοκλινή ανάλογα με τις συνθήκες σχηματισμού του. Ωστόσο, όταν εκτίθεται σε νερό, σχηματίζει κρυστάλλους που μοιάζουν με βελόνες, γνωστούς ως βελονοειδείς κρύσταλλοι, οι οποίοι έχουν περιγραφεί ως βελονοειδείς. Παρόμοιοι κρύσταλλοι έχουν παρατηρηθεί σε τουλάχιστον 10 μίγματα ασβέστη-αλουμίνας-πυριτίας που διατηρούνται για μήνες ή και χρόνια σε φιάλες με ελαστικό πώμα και ελαστικές σφραγίδες που επιτρέπουν στο διοξείδιο του άνθρακα από τον αέρα να διαχέεται αργά στα διαλύματα μειώνοντας έτσι τις συγκεντρώσεις του CO2.