Модульная характеристика клинкера

Фазовый и минералогический составы клинкера

Наивысшая температура обжига клинкера 1450-1470 ^оС. При такой температуре существуют кристаллическая и жидкая фаза (жидкой фазы 15-22 %). В процессе остывания часть жидкой фазы кристаллизуется, а часть остается в виде стекла. Известно, что в жидкую фазу могут переходит алюминаты и ферриты, а силикаты кристаллизуются.

Двойные системы: СаО-SiO₂, CaO-Al₂O₃, CaO-Fe₂O₃.

Тройные системы: СаО- Al₂O₃-SiO₂, CaO-Al₂O₃- Fe₂O₃.

Основные фазы:

Алитовая фаза - Трехкальциевый силикат С₃S – основной минерал клинкера. Является основным носителем прочности. Схватывается в течение нескольких часов и быстро наращивает прочность.

Белититовая фаза – двухкальциевый силикат С₂S. Твердеет очень медленно.Спустя 1-2 года становится прочнее алита.

Промежуточное вещество – образуется из расплава. Это третья фаза клинкера (после алита и белита). Представлено: светлым веществом – алюмоферриты кальция, темным вещество – трехкальциевым алюминатом, клинкерным стеклом (6-12% массы клинкера).

Трехкальциевый алюминат С₃А. Схватывается почти мгновенно, выделяя большое количество тепла. На воздухе приобретает прочность, но в воде теряет ее. В присутствии других клинкерных минералов делает цемент быстротвердеющим.

Целит (алюмоферриты кальция) – четырехкальциевый алюмоферрит С₄АF. Имеет короткие сроки схватывания, но твердеет медленно, в течение длительного времени приобретая большую прочность.

Клинкерное стекло – содержит большое количество Fe₂O₃, Al₂O₃.

Второстепенные фазы:

Щелочные фазы (соединения натрия, калия)

Свободный СаО (до 1% массы клинкера) – оказывает отрицательное влияние на свойства ПЦ.

Периклаз MgO – нежелательная фаза.

На свойства ПЦ влияет не только фазовый состав клинкера, но и его структура, характер кристаллизации отдельных минералов.

Для получения клинкера оптимальной структуры (мелкая кристаллизация минералов) необходимы:

· Однородность сырья

· Тонкий помол сырьевой смеси

· Использование беззольного топлива

· Резкий обжиг и резкое охлаждение.

Содержание отдельных оксидов в клинкере колеблется незначительно. Поэтому проектировать состав клинкера по отдельным оксидам не принято. Более важной характеристикой клинкера является соотношение между основными оксидами и содержание клинкерных минералов.

Соотношение между основными оксидами в клинкере и в сырьевой смеси определяется тремя модулями:

· Гидравлический, или основный модуль

= 1,9-2,4 (для рядовых ПЦ)

· Кремнеземистый, или силикатный модуль: =1,7-3,5 (для рядовых ПЦ)

· Глиноземистый, или алюминатный модуль: = 1-3 (для рядовых ПЦ)

В белом ПЦ алюминатный модуль резко возрастает. Чем выше гидравлический модуль, тем более быстротвердеющим будет ПЦ. Сырьевые смеси с высоким кремнеземистым модулем спекаются труднее, чем с низким. И так далее.

Модули дают информацию о некоторых свойствах цемента, об особенностях процесса спекания. Но не дают информации о минералогическом составе клинкера.

Выведена дополнительная характеристика клинкера. Исходили из того, что в идеале все кислотные оксиды должны быть насыщены окисью кальция. Однако в реальных клинкерах полного насыщения нет, т.к. реакции клинкерообразования идут не до конца, а присутствие свободной извести нежелательно. Поэтому взамен гидравлического модуля введен коэффициент насыщения:

Зная коэффициент насыщения, кремнеземистый и глиноземистый модули и химический состав клинкера, можно определить его минералогический состав. При известном минералогическом составе клинкера можно вычислить его химический состав, КН и модули:

% SiO₂ = 0,263*С₃S + 0,349*C₂S + SiO₂^cв = 22,54%

% Al₂O₃ = 0,377*C₃A + 0,210*C₄AF = 5,58%

% Fe₂O₃ = 0,329*C₄AF = 4,60%

% CaO = CaO^св + 0,737*C₃S + 0,651*C₂S + 0,623*C₃A + 0,461*C₄AF = 66,28%