Kalsiumaluminaattisementti

Kalsiumaluminaattisementtejä on jo pitkään käytetty jätevesi- ja viemärisovelluksissa, koska ne kestävät kulutusta sekä hapon ja biogeenien aiheuttamaa korroosiota. Ne toimivat myös sideaineina nopeasti kovettuvissa seoksissa ja korkeissa lämpötiloissa käytettävissä tulenkestävissä sovelluksissa.

Heksakalsiumaluminaattisakan taitekerroin on noin 1,528, ja tässä esitetään alustavasti tunnistettu röntgenkuvio.

Korkea lujuus

Kalsiumaluminaatin suuri lujuus tekee siitä ihanteellisen sideaineen rakennussovelluksiin, kuten korjaussementteihin ja kuumassa säässä käytettävään betoniin. Lisäksi kalsiumaluminaatin erinomainen sulfaatti- ja kulumiskestävyys - kaksi yleistä korroosion aiheuttajaa vesijohdoissa - tekevät siitä korvaamattoman arvokkaan valinnan.

Tutkijat ovat myös osoittaneet, että pienten kalsiumaluminaattimäärien lisääminen V-tyypin portlandsementtiin parantaa sen kestävyyttä sulfaattitartuntaa vastaan, jolloin se soveltuu käytettäväksi sovelluksissa, joissa rakenteiden on kestettävä sulfaattitartuntaa, kuten viemäriputkissa tai kemikaalinkestävässä betonissa, jota käytetään teollisuus- tai talojen lattioissa.

Kalsiumaluminaattia käytetään laajalti betoniteollisuudessa erikoissovelluksissa, kuten korjauslaasteissa ja tulenkestävissä materiaaleissa. Kalsiumaluminaatti on myös osoittautunut betonin läpäisevyyden lisääjäksi, mikä vähentää veden tunkeutumiseen liittyviä korroosio-ongelmia ja lohkeilua. Lisäksi kalsiumaluminaatti kestää hyvin kulutusta ja kuumuutta; näiden ominaisuuksien ansiosta se soveltuu erityisen hyvin päällysteiden rakentamiseen.

Kalsiumaluminaattikompleksisuoloja koskeva kirjallisuus on tuottanut paljon kirjallisuutta, joka voidaan jakaa karkeasti kahteen sarjaan. Toista sarjaa edustavat kaavat, kuten 3CaO*Al2O3*CaX*nH2O, jossa X on yksi tai useampi kaksiarvoinen anioni, jonka anonyymiys on 10-12; toista voidaan edustaa yleiskaavalla 3CaO*Al2O3*3CaCO3*nH2O, josta jälkimmäinen muodostaa usein pitkiä, ohuita neuloja. Kiteytyminen on tavallisempaa molemmissa sarjoissa.

Innovatiivinen kalsiumaluminaattisementti on kehitetty erityisesti suurempien sidoslujuuksien aikaansaamiseksi juuren dentiinin ja endodonttisen hoidon välille, mikä mahdollistaa endodonttisen hoidon. Tämä sementti, joka tunnetaan nimellä EB, osoitti huomattavasti suurempia leikkaussidoslujuuksia kuin GMTA ja WMTA; tarvitaan kuitenkin lisätutkimuksia, ennen kuin sitä voidaan suositella kliinisesti. Kirjoittajat haluavat kiittää Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnologico-CNPq:tä taloudellisesta tuesta.

Korkea kestävyys sulfaattihyökkäystä vastaan

Kalsiumaluminaattisementtiä on alettu käyttää laajalti sen sulfaattikestävyyden vuoksi betonirakentamisessa. Maaperässä tai vedessä olevat sulfaatit voivat reagoida betonin hydrataatiotuotteiden kanssa muodostaen pehmentäviä materiaaleja, jotka voivat lopulta johtaa rakenteelliseen vikaantumiseen, joka johtaa pinnan lohkeiluun, halkeiluun ja sulamiseen.

Kalsiumaluminaattisementit voivat auttaa torjumaan ulkoisia sulfaattihyökkäyksiä, koska ne ovat paljon kestävämpiä kuin tavallinen portlandsementti reagoimaan sulfaattien kanssa, sillä niiden alhainen alkalisen klinkkerin pitoisuus ja korkea alumiinioksidipitoisuus johtavat siihen, että metastabiileja hydraatteja muodostuu vähemmän, sillä ne reagoivat sulfaattien kanssa muodostaen haitallisia, rakenteita vahingoittavia ettringiitti- tai thaumasiittikiteitä.

Kalsiumaluminaattisementti kestää happamuutta paremmin kuin perinteiset portlandsementit, kuten V-tyypin portlandsementti, kun se altistuu happohyökkäyksille yli kaksinkertaisen ajan ennen kuin se hajoaa. Tämän ainutlaatuisen ominaisuuden ansiosta kalsiumaluminaattibetonirakenteet ovat erinomaisia vaihtoehtoja ympäristöissä, joissa rakenteet altistuvat erittäin syövyttäville kemikaaleille, kuten jätevedenpuhdistamoissa ja kanatiloilla.

Kalsiumaluminaatin kemiallisen vakauden ansiosta se kestää ympäristöjä, joissa tavallinen sementti hajoaisi, mukaan lukien jopa 650 C:n (1450 F) lämpötilat. Kalsiumaluminaattia voidaan siksi käyttää tehokkaana tulenkestävänä vuorauksena petrokemian laitosten uuneissa ja reaktoreissa.

Kalsiumaluminaattisementin korkea alumiinioksidipitoisuus antaa sille paremman kulutuskestävyyden kuin tavallisille portlandsementeille, joten se sopii erinomaisesti teollisiin käyttökohteisiin, kuten lattioiden hiontaan ja tuotantolaitteisiin. Kalsiumaluminaatti mahdollistaa myös erikoissementtien, kuten itsetasoittuvien tasoitteiden, korjauslaastien ja tulenkestävien tuotteiden tehokkaan valmistuksen.

Kalsiumaluminaatin valmistus, käsittely ja käyttö voi tuottaa myrkyllisiä ilman epäpuhtauksia, kuten sulfaatteja, typen oksideja, hiukkasia ja hiilidioksidia, jotka voivat aiheuttaa työntekijöille hengitysvaikeuksia ja ihoärsytystä. Myrkyllisyyden vähentämiseksi entisestään valmistajien ja käsittelijöiden olisi sovellettava hyviä valmistus- ja käsittelykäytäntöjä ja rajoitettava käyttöä alueilla, joilla ympäristö altistuu todennäköisesti.

Korkea kulutuskestävyys

Ainutlaatuisen kemiallisen koostumuksensa ja mikrorakenteensa ansiosta kalsiumaluminaattisementtibetonit kestävät poikkeuksellisen hyvin kulutusta. Tämän vuoksi ne ovat ihanteellinen valinta käytettäväksi kohteissa, joissa kestävyys on kriittinen, kuten mikrobien (H2S) tai rikkihappoa tuottavissa viemäriverkostoissa tai patojen ylivuotoviemäreissä, joissa kestävyys on välttämätöntä.

Kalsiumaluminaattisementit kestävät hyvin kulutusta, koska niiden huokoisuus on alhainen, mutta myös niiden koostumuksella on suuri merkitys. Kalsiumaluminaattisementit koostuvat yleensä suurista osuuksista monokalsiumaluminaattia (CaAlO4) ensisijaisena hydraulisena faasina; niiden ainutlaatuinen hydratoitumismekanismi tuottaa huomattavasti vähemmän huokosia, mikä vähentää huokoisuutta ja parantaa kulutuskestävyyttä Portland-sementteihin verrattuna.

Kalsiumaluminaattisementit eroavat perinteisistä Portland-tyyppisistä sementeistä siinä, että niiden alkuhydratointi tuottaa geelin, joka koostuu runsaasti piidioksidia sisältävistä aluminosilikaateista, verrattuna PC- ja CAC-sementteihin, joissa alkuhydratointi tuottaa runsaasti piidioksidia sisältäviä aluminosilikaattigeelejä, koska alkuhydratointi tuottaa kalsiumkipsigeeliä (GP). Kalsiumaluminaattisementit ovat korroosionkestävyydeltään parempia, koska liukenemisvyöhykkeiden muodostuminen on vähäisempää, mikä johtaa vähäisempään hajoamisprofiiliin; SEM-EDS-tutkimukset osoittavat, että ne ovat mekaanisesti ehjiä noin 2 mm:n syvyyteen asti, kun taas PC:llä ja CAC:lla esiintyy tyypillisesti liukenemisvyöhykkeitä 1-5% kokonaispaksuudesta verrattuna PC:hen ja CAC:hen.

Kalsiumaluminaattisementit tarjoavat poikkeuksellisen hyvän kulutuskestävyyden sekä erinomaisen korroosion- ja kulutuskestävyyden kosteissa ympäristöissä, kuten ympäristöissä, joissa esiintyy rikkihappoa tuottavia bakteereja, lietteitä tai jätevedenpuhdistamoiden ja jätevesien jätevesien poistoviemäreitä. Tämän erinomaisen suorituskyvyn ansiosta kalsiumaluminaattisementit ovat osoittautuneet erityisen käyttökelpoisiksi kaivojen kunnostuksessa sekä muissa jätevesisovelluksissa, kuten nostoasemilla, märkäkaivoissa, puhdistamorakenteiden liitäntärasioissa tai putkijärjestelmissä.

Useat yritykset valmistavat ja markkinoivat nykyisin erilaisia kalsiumaluminaattisementtipohjaisia korjausmateriaaleja kaivoihin ja jätevesisovelluksiin. Nämä jauhemaiset seokset vaativat sekoittamiseen vain juomavettä, ja niitä voidaan käyttää sekä olemassa olevien että uusien, korjausta vaativien kaivojen päällystämiseen. Ne tarjoavat nopean kovettumisajan, vahvan kulutuskestävyyden, biogeenisen korroosiosuojauksen H2S- ja rikkihappoympäristöjä vastaan sekä kestävyyden biogeenisten bakteerien aiheuttamaa biogeenistä korroosiota vastaan jätevesiympäristöissä; ne ovat palvelleet menestyksekkäästi maailmanlaajuisesti yli 65 vuoden ajan vaativissa jätevesisovelluksissa maailmanlaajuisesti.

Korkea haponkestävyys

Kalsiumaluminaatista on tullut korvaamaton lisä sekä betoni- että laastisovelluksissa erikoissideaineena tai mineraalireagenssina, sillä se kestää erinomaisesti korroosiota, kulutusta ja kuumuutta ja on samalla nopeasti kovettuvaa. Lisäksi sitä käytetään usein parantamaan suorituskykyä useissa muissa materiaaleissa, mikä lisää kestävyyttä sitä vaativissa sovelluksissa.

Kalsiumaluminaattisementtiä käytetään tyypillisesti silloin, kun tarvitaan voimakasta happamuudenkestävyyttä, esimerkiksi viemäri-infrastruktuurien, kuten jätevesien johtamiseen tarkoitettujen pallografiittisten rautaputkien ja betoniviemäriputkien, rakentamisessa. Myös olemassa olevien, ihmisten ulottuvilla olevien viemäri-infrastruktuurien kunnostamisessa käytetään laajasti kalsiumaluminaattisementtiä.

Kalsiumaluminaatin erinomainen happamuudenkestävyys tekee siitä sopivan materiaalin maanalaisiin putkistoihin, sillä se tarjoaa suojaa veden, kaasun ja biogeenisten sulfidien vaikutuksilta, jotka muutoin voisivat syövyttää putkia, lyhentää niiden käyttöikää ja rajoittaa niiden uudelleenkäyttöä eri paikoissa.

Kalsiumaluminaatin kemiallinen kestävyys johtuu osittain sen kovuudesta ja sitkeydestä, mikä tekee siitä Portlandsementtiä kestävämmän rikkivetyä ja biogeenistä sulfidikorroosiota vastaan.

Lisäksi aluminaattisementillä on erinomaiset ominaisuudet korkean lämpötilan tulenkestävissä sovelluksissa, joissa kalsiumaluminaattia voidaan lisätä muihin sideaineyhdisteisiin niiden reaktion säätelemiseksi korkeita lämpötiloja vastaan ja hyväksyttävän lujuuden varmistamiseksi lopullisessa seoksessa.

kalsiumaluminaattilisäaineilla metakaoliinipohjaisiin geopolymeereihin voidaan parantaa merkittävästi niiden kykyä kestää happamuutta. Tämä johtuu tiheistä rajapinnan siirtymävyöhykkeistä (ITZ), joita se muodostaa aggregaattien kanssa ja jotka johtavat alhaisempaan kloridi-ionien tunkeutumisnopeuteen, hitaampaan karbonatisoitumisnopeuteen ja parempaan vastustuskykyyn happohyökkäyksiä ja biogeenistä korroosiota vastaan.

Puhdas kalsiumaluminaatti kiteytyy kuutiomuotoon, vaikka sen symmetria voi muuttua ortorombiseksi ja monokliiniseksi muodostumisolosuhteista riippuen. Vedelle altistuessaan se kuitenkin muodostaa neulamaisia kiteitä, joita kutsutaan acicular-kiteiksi ja joita on kuvattu neulamaisiksi. Samankaltaisia kiteitä on havaittu ainakin 10 kalkki-alumiinioksidi-silika-seoksessa, joita on säilytetty kuukausia tai jopa vuosia kumitulpallisissa pulloissa, joissa on kumitiivisteet, jolloin ilmasta peräisin oleva hiilidioksidi diffundoituu hitaasti liuoksiin, mikä vähentää hiilidioksidipitoisuuksia.