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 + SiO2cв = 22,54%
% Al2O3 = 0,377*C3A + 0,210*C4AF = 5,58%
% Fe2O3 = 0,329*C4AF = 4,60%
% CaO = CaOсв + 0,737*C3S + 0,651*C2S + 0,623*C3A + 0,461*C4AF = 66,28%