Минералогический состав клинкера портландцемента

 

Клинкер состоит преимущественно из силикатов кальция (70...80 %) CaOSiO₂.

В результате процессов, протекающих при получении клинкера, образуются четыре основных минерала, преимущественное содержание которых определяет название цементов.

Алит – 3CaO · SiO₂ (сокращенно C₃S) – трехкальциевый силикат, его в цементе более 60 %. Алитовый цемент быстро набирает прочность с выделением тепла, поэтому его целесообразно применять в холодное время года, но нельзя использовать в массивных конструкциях (во избежание трещинообразования).

Белит – 2CaO·SiO₂ (сокращенно C₂S) – двухкальциевый силикат, его в цементе более 37 %. Белитовый цемент медленно схватывается и твердеет, особенно при температуре ниже +10 ºС. Выделяет мало тепла.

Алюминат – 3CaO·Aℓ₂O₃ (сокращенно С₃А) – трехкальциевый алюминат; в цементе – до 15 %, быстро схватывается и набирает прочность. При твердении выделяет много тепла.

Целит – 4CaO·Aℓ₂O₃·Fe₂O₃ (сокращенно С₄АF) – четырехкальциевый алюмоферрит, в цементе содержится 10-20 %. Твердеет достаточно быстро, дает высокую прочность и мало выделяет тепла. Не оказывает существенного влияния на свойства портландцемента.

Качество клинкера определяет главные свойства цемента: прочность и скорость ее увеличения, долговечность, стойкость в различных эксплуатационных условиях.

Для получения клинкера исходные сырьевые материалы берут примерно в соотношении 1:3, т.е. на 1 мас. часть глины приходится 3 мас. части известняка. К такому составу очень близок мергель – осадочная горная порода, представляющая собой природную смесь известняка с глиной.

В сырьевую смесь вводят корректирующие добавки. При этом недостаток кремнезема компенсируют введением диатомита, трепела, опоки; содержание оксидов железа увеличивают добавкой руды или колчеданных огарков.

Портландцемент наиболее распространенное и важнейшее вяжущее вещество, являющееся одним из основных строительных материалов, без которого невозможно получить различные бетоны, железобетонные конструкции, а также кладочные и штукатурные растворы.

 

Химический состав портландцемента

 

Портландцемент характеризуется постоянством химического состава. Содержание оксидов изменяется в небольших пределах (%):

CaO – 63...67

SiO₂ – 21...24

Aℓ₂O₃·– 4...7

Fe₂O₃ – 2...5

MgO – не более 5

SO₃ – не менее 1,5 и не более 3,5.

Перечисленные оксиды не находятся в клинкере в свободном виде, а образуют указанные выше минералы кристаллической структуры, а также некоторые химические соединения, входящие в состав клинкера в виде стекловидной фазы.

Относительное постоянство химического состава портландцемента обусловливает и постоянство его физико-механических свойств, что является важным его преимуществом перед некоторыми другими гидравлическими вяжущими (гидравлической известью, романцементом).

 

Сырьевые материалы

 

В природе редко встречаются горные породы, химический состав которых после обжига соответствовал бы требуемому химическому составу портландцемента. Поэтому при получении портландцемента сырьевую смесь составляют из двух и более исходных компонентов.

В качестве основных сырьевых материалов, с которыми в приготовленный клинкер вводится оксид кальция СаО, применяют все виды известняков и мела. Вторым компонентом является глина, с которой вводится кремнезем SiO₂, глинозем Aℓ₂O₃ и оксид железа Fe₂O₃. Практически, в совокупности, СаО, а также указанные компоненты и определяют образование основных клинкерообразующих минералов.

При правильно рассчитанной и тщательно подготовленной к обжигу сырьевой смеси клинкер не должен содержать свободный оксид кальция СаО, так как пережженная (при температуре около 1500 ºС) известь, также как и магнезия MgО, очень медленно гасятся, увеличиваясь в объеме, что может привести в последующем к растрескиванию уже затвердевшего бетона.

Минералогический состав клинкера – одна из наиболее полных и надежных его характеристик. Установлено, что почти все строительные свойства портландцемента зависят от минералогического состава клинкера. Именно он дает возможность прогнозировать свойства портландцемента и спроектировать его состав для бетонов, работающих в конкретных эксплуатационных условиях.