Двухкальциевого силиката

Кристаллическая модификация   C₂S моноклинная, в ней изолированные тетраэдры [SiO₄]^4 соединены двумя разновидностями ионов Са²⁺.

Модификация   2СаО  SiO₂ имеет оливиновую структуру, характеризующуюся наличием изолированных групп [SiO₄]^4, где каждый атом кремния окружен четырьмя атомами кислорода и кремнекислородные группы не имеют общих атомов.

Превращения  и _L относятся к реконструктивному типу, являются необратимыми и при атмосферном давлении протекают медленно. При переходе  происходит увеличение объема на 12%, что приводит к разрушению плотного спека -модификации в тонкий порошок с размером зерен в диапазоне 3040 мкм, представляющий смесь - и -формы C₂S. Это явление называется силикатным распадом. Оно крайне нежелательно из-за падения гидравлической активности, поскольку   C₂S при затворении водой в нормальных условиях не твердеет.

Предотвратить это нежелательное явление можно термическим методом, т. е. быстрым охлаждением клинкера, кристаллохимической стабилизацией (введением в структуру C₂S примесных ионов), а также изоляцией зародышей   C₂S путем обволакивания их клинкерным расплавом (физическая стабилизация).

Изоморфная емкость кристаллической решетки двухкальциевого силиката доходит до 6 мас. %. Причем изоморфизм протекает как в катионной, так и анионной частях структуры. Наиболее часто встречается гетеровалентный изоморфизм типа Si⁴⁺  Al³⁺ + Na⁺.

Важную роль в процессах стабилизации   C₂S и сохранения гидравлической активности клинкеров играет атмосфера при обжиге. Так, например, Fe²⁺ способствует переходу   -модификацию, поэтому обжиг следует вести в окислительной атмосфере, при которой железо будет в 3-валентном состоянии.

В отличие от С₃S, свойства С₂S существенно различны в зависимости от его модификации. По этому признаку гидравлическая активность белитовой фазы может быть представлена следующим образом:       .

Поскольку гидравлическая активность   С₂S и   С₂S существенно отличаются, то проблема стабилизации -модификации является актуальной для технологии обжига цементного клинкера. На процесс стабилизации влияет образование и рост зародышей, размер частиц   С₂S, скорость охлаждения и температура. Критический размер кристаллов -формы С₂S, устойчивых при нормальной температуре,  5 мкм.

Наиболее эффективно стабилизируют   С₂S следующие оксиды: Fe₂O₃, MgO, Al₂O₃, P₂O₅, CaO. Вхождение этих оксидов в кристаллическую решетку   С₂S увеличивает ее дефектность и повышает ее гидравлическую активность.

Для двухкальциевого силиката так же, как и для С₃S, характерно отклонение от стехиометрии. Наиболее вероятной причиной появления в структуре избыточного СаО является микроэпитаксиальное врастание по сходным плоскостям структур.

Состав белитовой фазы промышленных клинкеров в зависимости от состава сырьевых материалов по данным микрорентгеноспектрального анализа ориентировочно находится в следующих пределах (мас. %):

CaO  59,7064,20; MgO  0,231,10;

SiO₂  30,9035,20; TiO₂  0,070,27;

Al₂O₃  0,961,92; Na₂O  0,060,35;

Fe₂O₃  0,931,74; K₂O  0,532,86.

Белит в ранние сроки твердения проявляет низкую гидравлическую активность, но зато в поздние, наоборот, большую, выше, чем у алита (табл. 3.4).

Таблица 3.4