Файл: Физико-химические методы исследования цементов учеб. пособие.pdf

.структурных формул позволяет объяснять сходство и разли­ чие физических свойств.

Трудность химического изучения силикатов связана прежде всего со сложностью их химического состава. В сили­ катах отношение кислотного ангидрида к основаниям колеб­ лется в широких пределах. В силикатах нередко встречаются одновременно 3. 4 н большее число различных катионов. Для силикатов чрезвычайно характерны изоморфные замещения, как катионов, так и самого кремния, и вхождение в силикаты других анионов (О2-; ОН- , F~; SO*2-, СО./- и др.) и

.нейтральных частиц — IT2O и др.

Вследствие этого при изучении структур н, следовательно, свойств силикатов особое значение приобретают физико-хими­ ческие методы исследования- , ' , . ; ; ,

ФАЗОВЫЙ СОСТАВ И КРИСТАЛЛОХИМИЯ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТИОГО КЛИНКЕРА

Изучение структуры цементных клинкеров при помощи поляризационного или металлографического микроскопа, а также рентгенографические исследования свидетельствуют об их сложном минералогическом составе, слагающемся из цело­ го ряда кристаллических и аморфных фаз, различных по хи­ мическому составу и оптическим свойствам.

В наибольшем количестве в портландцементиых клинке­ рах обнаруживаются силикаты кальция.

ЗСаО -6'іО,, составляющий основу минерала элита, и. 2СаО-б'Ю2. ß -модификация которого образует минерал бе­ лит, алюминаты и алюмоферриты кальция ЗСа0-А120 3, 5СаО ■ЗА1?Оз, 2СаО • Ре20 3, ІСаО • Аі20 :,-Ре20 3 и их твердыерастворы; MgO; аморфное незакристаллизованное стекло, сво­ бодная СаО. При обжиге щелочесодержащего сырья в состав-, клинкера могут входить щелоч'ные фазы К20-23Са0 12Si02 и.

Первые исследователи, изучавшие фазовый состав клин­ кера, Ле-Шателье и Терпебом, обнаружили 4 характерных со­ ставляющих, названных Тернебомом алнтом,белнтом, целитом и фелитом.

Ле-Шателье считал, что алит — это, в сущности, трехкаль­ циевый силикат. По мнению Тернебома, в состав алнта, поми­ мо кіремнезема и окиси кальция, входит и глинозем. Дальней­ шие исследования подтвердили справедливость мнения Тер­ небома.

Так, при анализе рентгенограмм наблюдается некоторое

фери однозначно доказал существование алитовой фазы, от­

Таким образом, алит следует считать высокотемператур­ ной модификацией C3S, имеющей область устойчивости моно­ клинного ЗСаО-КЮ, — 923 — 980°С, стабилизированного окислами А120 3. MgO, Cr,03 , Na20 и др.

Некоторые исследователи указывают на возможность за­ мены одного атома Са одним атомом Mg при образовании струн туры алпта. Возможно также замещение трех Si тремя AI с присоединением дополнительного AI для уравновешивания заряда. Любое пли все эти замещения и изменения метут про­ исходить одновременно с различной интенсивностью. Этим, по-впдп.мо.му, можно объяснить тот факт, что структура алпта в цементе изменяется от триклинной до тригоналыюй.

Высокую гидравлическую активность алпта можно объяс­ нить нерегулярной координацией ионов кальция в структуре C3S, образованием твердых растворов с различными окисла­ ми и фиксацией высокотемпературной модификации C3S, об­ ладающей повышенным запасом свободной энергии.

2. БЕЛИТ

Белнтом называют минерал, состоящий из ß -2C a0 -.<’,'i03, стабилизированный в клинкере различными примесными или специально вводимыми добавками.

В совокупности трехкалыииевый и двухкальциевый сили­ каты составляют примерно 75% состава цементного клинкера. Кроме того, .двухкальциевый силикат входит в качестве-одной из главных составляющих в такие широко используемые в це­ ментной промышленности материалы, как шлаки п нефелино­ вый шлам.

Важнейшей особенностью двухкальциевого силиката, от которой в значительной степени зависят свойства цемента и силикатных изделий, является его полиморфизм-

Вопрос о полиморфных превращениях двухкальциевого силиката всегда привлекал к себе внимание специалистов по цементу, так как с этими превращениями связаны явления распада некоторых клинкеров в результате образования низ­ котемпературного у—C2S, плотность которого приблизительно на 10% меньше ( а соответственно, объем полученнаго т— C2S на столько же больше). В результате перехода ß—C2S -»-7 — —C2S происходит рассыпание материала. Кроме того, 7 —C2S практически не обладает гидравлическими свойствами-

Рентгенографические исследования различных форм двухкальциевого силиката при высоких температурах позволи­ ли выяснить условия взаимных превращений модификаций двухкальцпевого силиката. Так, было установлено, что помимо устойчивых а-гексагональной и 7 - ромбической модификаций существует не одна промежуточная ß -модификация (белит

моноклинической снигонни), ,а также и четвертая а '-модифи­ кация.

<*■'—C2S). Область устойчивости этой формы лежит в преде­ лах от 850 до 1450°С.

Обобщая [результаты работ поівысокоте/мпературной рент­ геноскопии и учитывая собственные данные, Бредіиг в 1950 г. предложил схему полиморфизма двухкальцневого силиката (рис. 15а). Согласно этой диаграмме при температурах от

ТаялЕра/п^ра °С

Рис. 15а. Структура дпухкальциеиого силиката: а — схема полиморфных превращений С2з

2130°С (температура плавления C2S) до 1450°С стабильной яв­ ляется форма а — C2S, гексагональная, обратимо превраща­ ющаяся при 1450°С в а '—СгБ-ромбическую. а / — C2S устойчи­ ва в области температур 850—1450°С. Переход а.'—C2S в рав­ новесных условиях осуществляется непосредственно в у-—C2S при 850°С. Но вследствие значительной перестройки решетки

лически инертный 7—C2S. В этом отношении весьма примеча-