 Минералы клинкера портландцемента,
формулы
Основные минералы клинкера: алит 3CaO-SiO2; белит
2CaO-SiO2; трехкальциевый алюминат ЗСаО×А12О3 и алюмоферриты кальция
переменного состава от 8CaO-3Al2O3-Fe2O3 до 2CaO-Fe2O3.
Портландцементный
клинкер состоит из ряда искусственных минералов, образовавшихся при
обжиге.
Ориентировочное содержание и формулы основных четырех
минералов в портландцементном клинкере составляет '(% по массе): алит
3CaO-SiO2(C3S) —- 40...65, белит 2CaO-SiO2(C2S) — 15...40, целит
ЗСаО-А12О3(С3А) — 5...15, целит 4СаО-Al2O3-Fe2O3(C4AF) — 10...20.
Исследования цементного клинкера под микроскопом
показывают, что в нем преобладают кристаллы алита и белита, между которыми
размещается промежуточное вещество, состоящее из алюминатов и алюмоферритов
кальция в кристаллической форме, а также незакристаллизованного стекла и
оставшихся в свободном состоянии СаО и MgO.
Трехкальциевый силикат (алит) — главный минерал
цементного клинкера — обладает большой активностью в реакции с водой,
особенно в начальные сроки (величина тепловыделения к 3 сут достигает
примерно 2/з от тепловыделения при полной гидратации).
Алит быстро твердеет и набирает высокую прочность.
Двухкальциевый силикат (белит) значительно менее
активен, чем алит. Тепловыделение белита при полной гидратации примерно в 2
раза меньше, чем у алита, и к 3 сут составляет около 10 % от тепловыделения
при полной гидратации.
Твердение белита происходит медленно. К месячному сроку
продукт его твердения обладает сравнительно невысокой прочностью, но при
длительном твердении (несколько лет) в благоприятных условиях (при положительной
температуре и влажной среде) его прочность неуклонно возрастает.
Трехкальциевый алюминат — самый активный клинкерный
минерал, отличающийся быстрым взаимодействием с водой. Его тепловыделение при
полной гидратации почти в 2 раза больше, чем у алита, а за 3 сут составляет
не менее 80 % от общего тепловыделения.
 Однако продукт его
твердения имеет повышенную пористость, низкие прочность и долговечность.
Быстрое твердение С3А вызывает раннее структурообразование в цементном тесте
и сильно ускоряет сроки схватывания (всего до нескольких минут).
Если не ввести добавку гипса, то получается цемент
«быстряк», бетонные смеси на котором из-за преждевременного схватывания не
успевают хорошо перемешать и уложить в форму.
Четырехкальциевый алюмоферрит характеризуется
умеренным тепловыделением и по быстроте твердения занимает промежуточное
положение между трехкальцие-вым и двухкальциевым силикатами. Прочность
продуктов его гидратации в ранние сроки ниже, чем у алита,-и несколько выше,
чем у белита.
Располагая данными о
формуле, минеральном составе клинкера и зная свойства клинкерных минералов,
можно заранее предопределить основные свойства цемента и особенности его
твердения в различных условиях эксплуатации.
Нежелательными составными частями портландцементого
клинкера являются свободные оксиды кальция и магния. Их вредное влияние
проявляется в том, что они гидратируются очень медленно в уже затвердевшем
цементе (см. с. 133). Содержание свободных СаО и MgO в клинкере допускается
соответственно не более 1 и 5 %
В клинкере могут быть также щелочные оксиды №гО и
КгО, перешедшие в него из сырьевых материалов и золы твердого топлива. Их
вредное влияние может проявиться в тех случаях, когда бетон изготовлен на
заполнителях, содержащих опаловидный кремнезем.
Щелочи, реагируя с диоксидом кремния, образуют в водной
среде водорастворимые силикаты калия и натрия с увеличением объема, что
вызывает растрескивание бетона. Содержание Na2O и КгО в цементах для таких
бетонов ограничивается до 0,6 %.
|
