Химия цемента и вяжущих веществ. Андреева Н.А. - 24 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

СПбГАСУ | Санкт-Петербург

Составители: 

Рубрика: 

46 47
Н. А. Андреева. Химия цемента и вяжущих веществ Глава 2. Физико-химические основы получения вяжущих веществ
входить сверх стехиометрии, располагаясь в октаэдрических пустотах.
Магний может изоморфно замещать в решетке Ca
2+
, при концентрации
MgO выше 2 % в клинкере появляется самостоятельная фаза – перик-
лаз. Алюминий способен замещать Si
4+
в тетраэдрах [SiO
4
], одновре-
менно располагаясь в октаэдрических пустотах структуры или заме-
щая ионы Ca
2+
в октаэдрах [CaO
6
], обеспечивая тем самым электроней-
тральность. Оксид железа растворяется в C
3
S до 1,6 %. В этих твердых
растворах 3Ca
2+
замещается на 3Fe
3+
, 6Si
4+
– на 6Fe
3+
, а различие в заря-
дах компенсируется одним ионом Fe
3+
, расположенным в пустотах ре-
шетки.
Алит устойчив между 1250 и 2070 °C, при 2070 °C плавится ин-
конгруэнтно, образуя расплав и СаО (см. рис. 22). Ниже 1250 °C
он разлагается с очень малой скоростью, что позволяет сохранить его
при быстром охлаждении спеченного клинкера. При обычных темпе-
ратурах скорость разложения алита ничтожно мала.
Алит – важнейший клинкерный минерал-силикат, определяющий
высокую прочность, быстроту твердения и ряд других свойств порт-
ландцемента. В клинкере он содержится обычно в количестве 45–60 %.
На прочность и другие свойства портландцемента значительно влияют
форма кристаллов алита в клинкере, их размеры, распределение по
величине, степень закристаллизованности и т. п. Кристаллы алита име-
ют обычно шестигранную или прямоугольную форму (см. рис. 23).
Белит. Белит – фаза двухкальциевого силиката. Различают пять
полиморфных модификаций C
2
S:
1420 °С 1160 °С 675 °С 530 °С
α-C
2
S α
н
′-C
2
S α
в
′-C
2
S β-C
2
S γ-C
2
S
Для всех модификаций C
2
S характерно то, что они построены из
изолированных кремнекислородных тетраэдров, связанных между собой
атомами кальция, координация которых от α- до γ-формы понижается
от 9 до 6. По мнению многих исследователей, переход катионов Ca
2+
в более устойчивую координацию [СаО
6
] из неустойчивых [СаО
8
]
и [СаО
9
] является причиной гидравлической активности. Высокой
гидравлической активностью обладают α′- и β-модификации с несовер-
шенной кристаллизацией.
Высокотемпературные формы стабилизируются при растворении
довольно значительных количеств примесей, поэтому в промышленных
клинкерах встречаются редко. Наибольший интерес представляют
низкотемпературные β- и γ-формы.
Решетка β-C
2
S построена из изолированных кремнекислородных
тетраэдров [SiO
4
] и ионов кальция двух видов:
+2
I
Ca
, соединяющих
тетраэдры в цепочки, и
+2
II
Ca
, связывающих эти цепочки между собой
и расположенных в пустотах структуры между тетраэдрами [SiO
4
].
Координация
+2
I
Ca
и
+2
II
Ca
нерегулярная, чем и объясняют обычно егоо
гидравлическую активность. Структура β-C
2
S нестабильна и склонна
к переходу в γ-C
2
S, особенно при 525 °С и ниже. Низкотемпературная
γ-форма C
2
S имеет структуру типа оливина Mg
2
[SiO
4
] (см. рис. 9)
и в обычных условиях гидравлически пассивна. Присутствие примесных
компонентов в сырье приводит к фиксации в клинкере активной
β-формы. Роль примесей-стабилизаторов могут выполнять Al
2
O
3
, Fe
2
O
3
,
MgO, Na
2
O, K
2
O, Cr
2
O
3
и др. Вместе с тем стабильность значительно
возрастает и вследствие охлаждения до обычных температур.
Белит в клинкере является β-формой C
2
S, решетка которого слегка
искажена присутствием примесных ионов. Ион Ca
2+
в решетке может
быть замещен на Mg
2+
, K
+
, Ba
2+
, Cr
3+
, Mn
2+
, а группы [SiO
4
]
4−
– на [SO
4
]
2−
или [PO
4
]
3−
. Таким образом, белит представляет собой твердый раствор
β-формы C
2
S, стабилизированный небольшим количеством (1–3 %)
примесей.
Переход β-C
2
S в γ-C
2
S, возможный при медленном охлаждении
и недостаточной стабилизации, сопровождается увеличением объема
примерно на 10 % (плотность β-C
2
S равна 3,28, а γ-C
2
S – 2,97 г/см
3
);
в результате зерна материала растрескиваются и он рассыпается
в порошок. Этот процесс нежелателен, так как при температурах до
100
°С γ-C
2
S практически не взаимодействует с водой и, следовательно,
не обладает вяжущими свойствами.
Белит – второй основной минерал портландцементного клинкера –
отличается медленным твердением, но обеспечивает достижение
высокой прочности при длительном твердении портландцемента.
Он содержится в клинкерах обычных портландцементов в количестве
15–30 %. Гидравлическая активность белита зависит от строения
кристаллов: их величины, плотности, наличия трещин и включений.

Страницы