Kalcium-aluminát-cement

A kalcium-aluminát-cementeket már régóta alkalmazzák szennyvíz- és csatornázási alkalmazásokban a kopással, savas és biogén korrózióval szembeni ellenállásuk miatt. Kötőanyagként is szolgálnak a gyorsan szilárduló keverékek és a magas hőmérsékletű tűzálló anyagok alkalmazásaiban.

A hexakalcium-aluminát-csapadék megközelítőleg 1,528-as törésmutatóval rendelkezik, és a próbaképpen azonosított röntgenképet itt mutatjuk be.

Nagy szilárdság

A kalcium-aluminát nagy szilárdsága miatt ideális kötőanyag az építőipari alkalmazásokhoz, beleértve a javítócementeket és a meleg időben használt betont. Továbbá, a szulfáttámadással és a kopással szembeni kiváló ellenállása - a vízvezetékek korróziójának két gyakori oka - a kalcium-aluminátot felbecsülhetetlen értékű választássá teszi.

A kutatók azt is kimutatták, hogy kis mennyiségű kalcium-aluminát hozzáadása az V. típusú portlandcementhez növeli annak szulfáttámadással szembeni ellenálló képességét, így alkalmassá teszi a cementet olyan alkalmazásokban való felhasználásra, ahol a szerkezeteknek ellen kell állniuk, például csatornavezetékek vagy ipari padlóburkolatként vagy házak padlójaként használt vegyszerálló betonok esetében.

A kalcium-aluminátot széles körben használják a betoniparban olyan speciális alkalmazásokban, mint a javítóhabarcsok és a tűzálló anyagok. A kalcium-aluminát bizonyítottan növeli a beton áteresztőképességét, így csökkenti a víz behatolásával kapcsolatos korróziós problémákat és a lepattanásokat. A kalcium-aluminát továbbá jó kopás- és hőállóságot biztosít; ezek a tulajdonságok különösen alkalmassá teszik a járdák építésére.

A kalcium-aluminát komplex sókkal foglalkozó szakirodalom nagyszámú irodalmat hozott létre, amely nagyjából két sorozatra osztható. Az egyik sorozatot az olyan képletek képviselik, mint a 3CaO*Al2O3*CaX*nH2O, ahol X egy vagy több kétértékű anion, 10-12 közötti annonimitással; a másik általános képlettel 3CaO*Al2O3*3CaCO3*nH2O ábrázolható, amelynél az utóbbi gyakran hosszú, vékony tűket alkot, kristályosodás mindkét sorozat között gyakrabban fordul elő.

Egy innovatív kalcium-aluminátcementet kifejezetten a gyökérdentin és az endodontiai kezelés közötti nagyobb kötésszilárdság elérése érdekében fejlesztettek ki, lehetővé téve az endodontiai kezelést. Ez az EB néven ismert cement a GMTA-nál és a WMTA-nál szignifikánsan nagyobb nyírási kötésszilárdságot mutatott; azonban további vizsgálatokra van szükség ahhoz, hogy klinikailag ajánlható legyen. A szerzők köszönetet mondanak a Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnologico-CNPq-nek a pénzügyi támogatásért.

Nagy ellenállás a szulfáttámadással szemben

A kalcium-aluminátcementet széles körben használják a betonépítésben a szulfáttámadással szembeni ellenállása miatt. A talajban vagy vízben lévő szulfátok reakcióba léphetnek a beton hidratációs termékeivel, és lágyító anyagokat képezhetnek, amelyek végül szerkezeti meghibásodáshoz vezethetnek, ami felületi lepattogzással, repedésekkel és olvadással járhat.

A kalcium-aluminátcementek segíthetnek a külső szulfáttámadások elleni küzdelemben, mivel a hagyományos portlandcementnél sokkal ellenállóbbak a szulfátokkal való reakcióval szemben, mivel alacsony lúgos klinker koncentrációjuk és magas timföldtartalmuk miatt kevésbé metastabil hidrátok keletkeznek, amelyek a szulfátokkal reagálva káros ettringit- vagy thaumaszit-kristályokat képeznek, amelyek károsítják a szerkezeteket.

A kalcium-aluminátcement a hagyományos portlandcementekkel, például az V. típusú portlandcementtel összehasonlítva kiváló savállóságot biztosít; ha több mint kétszer annyi ideig van kitéve savas támadásoknak, mielőtt a lebomlás bekövetkezne. Ennek az egyedülálló tulajdonságnak köszönhetően a kalcium-aluminát betonszerkezetek kiváló választásnak bizonyulnak olyan környezetekben, ahol a szerkezetek erősen maró vegyi anyagoknak vannak kitéve, mint például a szennyvíztisztító telepek és a csirkefarmok.

A kalcium-aluminát kémiai stabilitása lehetővé teszi, hogy ellenálljon olyan környezeteknek, ahol a hagyományos cement szétesne, beleértve a 650 C (1450 F) hőmérsékletet is. A kalcium-aluminát ezért hatékony tűzálló bélésként használható a petrolkémiai üzemek kemencéiben és reaktoraiban.

A kalcium-aluminátcement magas timföldtartalmának köszönhetően hatékonyabban ellenáll a kopásnak, mint a hagyományos portlandcementek, így ideális ipari alkalmazásokhoz, például csiszolópadlókhoz és gyártó berendezésekhez. A kalcium-aluminát emellett lehetővé teszi az olyan speciális betonok, mint az önterülő esztrichek, javítóhabarcsok és tűzálló termékek hatékony előállítását.

A kalcium-aluminát gyártása, feldolgozása és felhasználása mérgező légszennyező anyagokat, például szulfátokat, nitrogén-oxidokat, részecskéket és szén-dioxidot termelhet, amelyek légzési problémákat és bőrirritációt okozhatnak a munkavállalóknál. A toxicitás további csökkentése érdekében a gyártóknak és a kezelőknek helyes gyártási és kezelési gyakorlatot kell alkalmazniuk, és korlátozniuk kell a felhasználást azokon a területeken, ahol a környezeti expozíció valószínűsíthető.

Nagy kopásállóság

Egyedi kémiai összetételüknek és mikroszerkezetüknek köszönhetően a kalcium-aluminát cementbetonok kivételes kopásállóságot biztosítanak. Ez teszi őket ideális választássá olyan alkalmazásokhoz, ahol a tartósság kritikus fontosságú, például mikrobás (H2S) vagy kénsavat termelő szennyvízhálózatokban vagy gátak átfolyóinál, ahol a tartósság elengedhetetlen.

A kalcium-aluminát-cementek alacsony porozitásuknak köszönhetően nagy kopásállósággal büszkélkedhetnek, bár összetételük is nagy szerepet játszik. A kalcium-aluminátcementek általában nagy arányban tartalmaznak monokalcium-aluminátot (CaAlO4) mint elsődleges hidraulikus fázist; egyedi hidratációs mechanizmusuk jelentősen kevesebb pórust eredményez, ami a portlandcementekhez képest kisebb porozitást és nagyobb kopásállóságot eredményez.

A kalcium-aluminátcementek abban különböznek a hagyományos Portland-típusú cementektől, hogy kezdeti hidratációjuk során szilícium-dioxidban gazdag alumínium-szilikátokból álló gélt kapnak, szemben a PC és CAC cementekkel, amelyeknél a kezdeti hidratáció során szilícium-dioxidban gazdag alumínium-szilikát gél keletkezik, mivel a kezdeti hidratáció során kalciumos gipsz (GP) gél keletkezik. A kalcium-aluminát-cementek jobb korrózióállóságot mutatnak a csökkentett oldódási zónaképződés miatt, ami csökkentett dealuminációs profilokhoz vezet; a SEM-EDS vizsgálatok mechanikailag épséget mutatnak körülbelül 2 mm-es mélységig, míg a PC és a CAC esetében a teljes vastagság 1-5% közötti oldódási zónák jellemzőek a PC-vel, illetve a CAC-kal összehasonlítva.

A kalcium-aluminátcementek kivételes kopásállóságot, valamint kiváló korrózió- és kopásállóságot biztosítanak nedves környezetben, például olyan környezetben, ahol kénsavat termelő baktériumok, iszapok vagy szennyvízkezelő üzemekből és szennyvízelvezetőkből származó szennyvizek találhatók. E kiváló teljesítménynek köszönhetően a kalcium-aluminátcementek különösen hasznosnak bizonyultak az aknák rehabilitációjában, valamint más szennyvízkezelési alkalmazásokban, beleértve az átemelőállomásokat, nedves kutakat, tisztítóművi szerkezetek csatlakozó dobozait vagy csőrendszereket.

A különböző vállalatok jelenlegi erőfeszítései a kalcium-aluminát-cement alapú javítóanyagok gyártására és forgalmazására irányulnak az aknák és szennyvízkezelési alkalmazások számára. Ezek a por alakú keverékek csak ivóvizet igényelnek a keveréshez, és felhasználhatók meglévő és új, javításra szoruló aknák kibélelésére is. Gyors szilárdulási időt, erős kopásállóságot, biogén korrózióvédelmet biztosítanak H2S/kénsavas környezetben, valamint a szennyvízkörnyezetben a biogén baktériumok által okozott biogén korrózióval szembeni ellenállást; több mint 65 éve sikeresen alkalmazzák világszerte a kemény szennyvízkezelési alkalmazásokban.

Nagy ellenállás a savassággal szemben

A kalcium-aluminát speciális kötőanyagként vagy ásványi reagensként felbecsülhetetlen értékű kiegészítője lett mind a beton-, mind a habarcsalkalmazásoknak, mivel kiváló korrózió-, kopás- és hőállósággal büszkélkedhet, miközben gyors kötési tulajdonságokkal rendelkezik. Ezenkívül gyakran használják más anyagok teljesítményének javítására is, nagyobb tartósságot biztosítva az ezt igénylő alkalmazásokban.

A kalcium-aluminátcementet jellemzően akkor alkalmazzák, ha erős savállóságra van szükség, többek között a csatornázási infrastruktúrák, például a szennyvízelvezetéshez használt gömbgrafitos vascsövek és a csatornázáshoz használt betoncsövek építésénél; a meglévő, ember által hozzáférhető csatornázási infrastruktúrák rehabilitációjánál is széles körben használják a kalcium-aluminátcementet.

A kalcium-aluminát kiváló savállósága miatt alkalmas anyag a földalatti csővezetékekhez, védelmet nyújt a víz, a gázok és a biogén szulfidok támadásaival szemben, amelyek egyébként korrodálnák, és lerövidítenék az élettartamát, valamint korlátoznák a különböző helyeken történő újrafelhasználást.

A kalcium-aluminát kémiai ellenállása részben keménységéből és szívósságából ered, ami ellenállóbbá teszi a hidrogén-szulfid támadással, valamint a biogén szulfid korrózióval szemben, mint a portlandcement.

Az aluminátcement emellett kiváló tulajdonságokkal rendelkezik a magas hőmérsékletű tűzálló alkalmazásokban, ahol a kalcium-aluminátot hozzá lehet adni más kötőanyag-keverékekhez annak érdekében, hogy szabályozzák azok reakcióját a magas hőmérsékletekkel szemben, és biztosítsák a végső keverék elfogadható szilárdsági szintjét.

a metakaolin alapú geopolimerekhez adott kalcium-aluminát adalékok jelentősen javíthatják a savállóságot. Ez az általa az aggregátumokkal kialakított sűrű határfelületi átmeneti zónáknak (ITZ) köszönhető, ami alacsonyabb kloridion behatolási sebességet, lassabb karbonizációs sebességet és nagyobb ellenállást eredményez a savas támadásokkal és a biogén korrózióval szemben.

A tiszta kalcium-aluminát kocka alakban kristályosodik, bár szimmetriája a keletkezési körülményektől függően orthorombikus és monoklin szimmetriába is átfordulhat. Vízzel érintkezve azonban tűszerű kristályokat képez, amelyeket tűszerű kristályoknak neveznek. Hasonló kristályokat láttak legalább 10 mész-alumínium-oxid-szilícium-dioxid keverékben, amelyeket hónapokig vagy akár évekig gumidugóval lezárt, gumitömítéssel ellátott lombikokban tartottak, így a levegőből származó szén-dioxid lassan diffundál az oldatokba, csökkentve ezzel a CO2-koncentrációt.