1.5 Портландцементный клинкер

Основные минералы, ко­торые может содержать портландцементный клинкер, даны в таблице 3 [6]:

Таблица 3 – Минералогический состав портландцементного клинкера

Материал	Область применения	Формула	Сокращенное обозначение
Трехкальциевый силикат (алит)		3CaO . SiО2	C3S
Двухкальциевый силикат (белит)		2CaO . SiО2	C2S
Трехкальциевый алюминат	Al2О3  Fe2О3	3CaO.Al2О3	C3A
Четырехкальциевый алюмоферрит		4CaO(Al2O3, FeaO3)	C4AF
Алюмоферрит каль­ция (смешанно-кристаллическая фаза)	Al2О3<Fe2О3	2CaO(Al2О3,Fe2О3)	C2(A, F)
Свободная известь		CaO	–
Свободная окись магния (периклаз)		MgO	–
Щелочесодержащий алюминат	K2О + Na2O >SО3	(K, Na)2О.8CaO.3Al2О3	(K, N) C8A3
Сульфат щелочного металла	K2О + Na2O<SО3	(K, Na)2SО4	–
Сульфат кальция		CaSО4	–

Клинкерные минералы не являются чистыми соединениями, а представляют собой смеси, содержащие в незначительном ко­личестве компоненты других минералов в виде смешанных кристаллических соединений; это относится и к остальным хи­мическим примесям клинкера, которые не могут образовать самостоятельных фаз. Поэтому, чтобы четко отличать чистые соединения от клинкерных минералов, Тёрнебом в 1897 г. дал основным минералам клинкера C₃S и C₂S названия «алит» и «белит» и, еще не зная их состава, исследовал под микроскопом отличия между ними.

Алит. Алит C₃S является основным, клинкерным мине­ралом, определяющим прочность Цемента. Из шести известных модификаций C₃S в клинкере возникают только две¹ высоко­температурные модификации, которые стабилизируются путем включения атомов примесей. [¹ Третья модификация – триклинная – также изредка встречается.].

Белит. Белит главным образом представляет собой -форму C₂S. При температуре спекания клинкера, превышаю­щей 1420 °С, образуется -C₂S, а при температуре до 1420°С – -C₂S. Последняя форма во время охлаждения клинкера при температуре 670 °С превращается в метастабильный -C₂S. При дальнейшем медленном охлаждении из -C₂S может обра­зоваться стабильная -форма. Этот процесс протекает с увели­чением объема на 10 % и при определенных условиях может привести к рассыпанию клинкера. Быстрое охлаждение клинкера и наличие примесей препятствует переходу белита в гид­равлически инертную -фазу, снижающую его качество. Белит твердеет значительно медленнее алита, но в конце концов достигает такой же прочности, как алит.

Если в Клинкере глинозема содержится меньше, чем оксида железа (в молях), то оба компонента, вступая в соеди­нение с известью, образуют алюмоферрит кальция (см. табл.) – смешанно-кристаллическую фазу с конечным членом 2CaO^.Fe₂О₃, где Fe может непрерывно замещаться Al. Этот смешанно-кристаллический ряд сохраняет стабильность до молярного отношения Al₂О₃:Fe₂О₃=2:1; однако в портландцементном клинкере, содержащем только соединения, богатые известью, ряд завершается уже при отношении 1:1. Если в клинкере преобладает глинозем, то его избыток сверх указан­ного отношения (как это имеет место в формуле 4CaO^.Al₂О₃^.Fe₂О₃) образует трехкальциевый алюминат, богатый известью. Трехкальциевый алюминат очень легко вступает в реакцию с водой, однако, не имеет ясно выраженных гидравлических свойств и совместно с силикатами повышает начальную прочность цемента. Алюмоферрит кальция мало способствует гидравлическому твердению цемента.