Минеральный состав п-цного клинкера. Зависимость свойств цемента от минерального состава клинкера

Образующийся в результате обжига сырьевой смеси клинкер, имеет достаточно сложный минералогический состав. Основную роль в нем играют четыре минерала. 1) Трехкальциевый силикат Ca₂SiO₄ (СаС) или 3CaO SiO₂. Образ-ый в п-цном клинкере он содержит примеси: MgO, Al₂O₃, Fe₂O₃, Cr₂O_3, которые влияют на его структуру и свойства. Эта разновидность называется алитом и обозначается С₃S. Содержание алита в клинкере наибольшее и составляет 40-55%. В п-це алит обеспечивает набор прочности камня в ранние сроки твердения (от нескольких дней до 3х - месяцев). Трехкальциевый силикат получают в лабораторных условиях из химически чистых компонентов. Кристаллы алита имеют обычно шестигранную или прямоугольную форму, которая хорошо просматривается в шлифах клинкера в отраженном свете. 2) Двухкальциевый силикат Ca₂SiO₄ или 2CaOSiO₂-(C₂S) в п-цном клинкере присутствует в  - модификации, называемой белитом. Кол-во его в клинкере составляет 20 - 30%. имеет меньшую гидравлическую активность, по сравнению с алитом и обеспечивает рост прочности цементного камня на поздних стадиях твердения. Белит, как и алит представляет собой твердой раствор  - двухкальциевого силиката ( - 2СаOSiO₂) и небольшого количества (1-3) таких примесей как Аl₂O₃, Fе₂O₃, С₂О₃ и др. Гидравлическая активность белита также зависит от строения кристаллов. Цементы, в которых белит представлен округлыми плотными кристаллами с зазубренными краями со средним размером 20  50 мк характеризуются повышенной прочностью. Расщепление кристаллов способствует повышению ее гидравлической активности. Промежуточное вещество, расположенное между кристаллами алита белита включает алюмоферритную и алюминатную фазу. 3) Алюминаты кальция в виде трехкальциевого алюмината С₃Аl₂O₆ или 3CaOAl₂O₃ (С₃А) С₃А кристаллизуется в кубической системе в виде очень мелких шестиугольников и прямоугольников. Кол-во до 15 %. то наиболее химически активный минерал клинкера и именно его гидратация определяет сроки схватывания цементных растворов. Его присутствие в больших количествах ускоряет схватывание и твердение п-цного раствора при низких температурах. Поэтому при цементировании скважин в условиях низких температур желательно повышение его содержания, при более высоких температурах не желательно. При повышенном содержании трехкальциевого алюмината ослабляется устойчивость цементного камня в средах, содержащих сульфаты и сероводород. Алюмоферритная фаза представляет собой твердый раствор алюмоферритов кальция разного состава, который в свою очередь зависит от состава сырьевых смесей, условий обжига и т.п. При этом возможно образование серии твердых растворов между С₆А₂F, С₄АF, C₆AF₂ и С₂F. В клинкере алюмоферритная фаза по своему составу близка к четырехкальциевому алюмоферриту. 4) Четырехкальциевый алюмоферрит Ca₄(Al₂O₅) (Fe₂O₅) или 4CaO AI₂O₃ Fe₂O₃(C₄AF) (браунмиллерит) - железосодержащий минерал обладающий достаточно высокой скоростью гидратации и обеспечивающий роет прочности системы в первые часы; твердения. колво в пределах 10 - 20%. Кроме указанных минералов в состав клинкера входит стекловидная фаза, содержащая в своем составе незакристаллизованные ферриты, алюминаты, оксид магния, щелочные соединения и др. При резком охлаждении цементного клинкера стеклофаза, покрывая поверхность минералов, предотвращает фазовые переход. CaO_своб обнаруживается в свежеобоженном; клинкере в виде бесцветных изотропных зерен. Ее должно быть не больше 0,5  1 %. При более высоком содержании Са0_своб снижается качество цемента и может вызвать неравномерное изменение его объема при твердении вследствие перехода в Са(ОН)₂. Окись магния находится в клинкере в виде: а) минерала периклаза; б) твердого раствора в алюмоферитной фазе или в трехкальциевом силикате; в) в клинкерном стекле. Вредное влияние MgO при содержании более 5% на равномерность изменения объема цемента проявляется в том случае, когда она присутствует в виде кристаллов периклаза, медленно реагирующих с водой в уже затвердевшем цементе и дающих Mg(ОН)₂ характеризующийся увеличенным, удельным объемом. Щелочи: натрий и калий присутствуют в клинкере в виде сульфатов, а также входят в алюминатную и алюмоферритную фазу.