アルミン酸カルシウムセメント

アルミン酸カルシウムセメントは、主に水硬性アルミン酸カルシウムからなるセメントです。別名は、フランス語で「アルミナセメント」、「高アルミナセメント」、「シフォンフォンドゥ」です。それらは多くの小規模な特殊なアプリケーションで使用されます。

歴史

石灰岩と低シリカボーキサイトからセメントを製造する方法は、1908年にPavin de Lafarge CompanyのBiedによってフランスで特許が取得されました。最初の開発は、硫酸塩耐性を提供するセメントの検索の結果でした。セメントはフランス語で「Ciment fondu」として知られていました。その後、他の特別な特性が発見され、これらはニッチ用途における将来を保証しました。

2010年代までに、この製品は米国市場でFONDAGセメント（FOND Aluminous Aggregate）という名前で発見され、ALAG（ALuminous AGgregate）と呼ばれることもありました。 FONDAGセメントは最大40％のアルミナの混合物であり、高温で安定し、-184〜1,093°C（-300〜2,000°F）の熱サイクルに耐えます。

構成

アルミン酸カルシウムセメントの主な有効成分は、アルミン酸モノカルシウム（セメント化学者表記ではCaAl2O4、CaO・Al2O3、またはCA）です。通常、他のアルミン酸カルシウムと、原料中の不純物に由来する反応性の低い相がいくつか含まれています。むしろ、用途と使用されるアルミニウム源の純度に応じて、幅広い組成に遭遇します。いくつかの典型的な製剤の成分は次のとおりです。

鉱物相はすべて、組成が多少異なる固溶体の形をとっています

製造

セメントは、カルシウム含有材料（通常は石灰岩の酸化カルシウム）とアルミニウム含有材料（通常は汎用のボーキサイト、または白セメントと耐火セメントの精製アルミナ）の混合物を一緒に融着することによって作られます。液化した混合物は冷却されて、水泡状の玄武岩のようなクリンカーになります。通常、完全に溶解するため、塊状の原料を使用できます。典型的なキルン配置は、シャフト予熱器を備えた反射炉を備え、塊状の原料混合物が下を通過するときに高温の排気ガスが上を通過する。予熱器は、燃焼ガスの熱の大部分を回収し、ボーキサイトを脱水および脱ヒドロキシル化し、石灰岩を脱炭酸します。か焼された材料は、メルトバスの「冷却端」に落ちます。溶融物は炉の高温端からオーバーフローして金型に入り、そこで冷却されて固化します。システムは、微粉炭または石油で燃焼します。冷却されたクリンカーインゴットは粉砕され、ボールミルで粉砕されます。混合物が焼結するだけの高アルミナ質耐火セメントの場合、ロータリーキルンを使用できます。

水との反応

アルミン酸カルシウムセメントの水和反応は非常に複雑です。強度発現相は、アルミン酸モノカルシウム、ヘプタアルミン酸ドデカカルシウム、およびベライトです。カルシウムアルミノフェライト、モノカルシウムジアルミネート、ゲーレナイト、およびプレクロイトは強度にほとんど寄与しません。

反応性アルミン酸塩は最初に水と反応して、以下の混合物を形成します：
CaO・Al2O3・10 H2O、
2 CaO・Al2O3・8 H2O、
3 CaO・Al2O3・6 H2O、およびAl（OH）3ゲル、
それぞれの量は硬化温度に依存します。最初の2つの水和物は、その後3 CaO・Al2O3・6 H2O、Al（OH）3ゲル、および水の混合物に分解されます。このプロセスは「変換」と呼ばれます。水が失われるため、変換により多孔性が増加し、強度が低下する可能性があります。これは、十分に高いセメント含有量と十分に低い水/セメント比が使用される場合、構造コンクリートで問題になる必要はありません。

用途

比較的高いコストのため、アルミン酸カルシウムセメントは、性能の達成がコストを正当化する多くの制限された用途で使用されています。

• 建設用コンクリートでは、低温でも急速な強度の発達が必要です。
• 下水道インフラなどの微生物腐食に対する保護ライナーとして。
• 高温で強度が必要な耐火コンクリート。
• 混合セメント配合物の成分として、超高速強度の開発や制御された膨張などのさまざまな特性が必要です。
• 生物硫化物腐食に対する高い耐性の下水道ネットワークで。

下水道ネットワークアプリケーション

アルミン酸カルシウムセメントの生体腐食耐性は、3つの主な用途で現在使用されています。

• 排水用ダクタイル鉄管には、アルミン酸カルシウムセメントモルタルで作られた内部ライニングがあり、
• 下水道用のコンクリートパイプは、フルマスアルミン酸カルシウムセメントコンクリートまたはアルミン酸カルシウムセメントモルタルの内部ライナーのいずれかで作成できます。
• 低圧ウェットスプレー、スピニングヘッドウェットスプレー、または高圧ドライスプレー（グナイト）のいずれかの設置方法を使用した、100％アルミン酸カルシウムモルタルによる人間がアクセス可能な下水道インフラストラクチャのリハビリテーション。

問題点

アルミン酸カルシウムセメントの不適切な使用は、特に硬化が速いためにこのタイプのセメントが使用された20世紀の第3四半期に建設上の問題を引き起こしました。数年後、一部の建物と構造物はセメントの劣化により崩壊し、多くは解体または補強する必要がありました。熱と湿度は、「変換」と呼ばれる劣化プロセスを加速します。

英国ではプールの屋根が崩壊しました。スペインのマドリッドでは、韓国と呼ばれる大きな住宅街（朝鮮戦争中にアメリカ人を収容するために建てられたため）が1951年から1954年に建設され、2006年に取り壊されました。部分的に再構築して補強する必要がありました。