54. Методы определения минералогического состава клинкера.

Петрографический метод определения минералогиче­ского состава клинкера - наиболее точный. Он заключается в изучении клинкера с помощью светового минералогического микроскопа. Наиболее удобно исследование полированных шли­фов в отраженном свете и использование металлографического микроскопа.

Полированную поверхность шлифа клинкера протравливают спиртовым раствором уксусной кислоты, при этом кристаллы алита приобретают светло-голубую окраску, белита - коричне­вую, а применяя органические красители, можно окрасить и кри­сталлы алюминатов. Минералогический состав клинкера опре­деляют путем подсчета площади, занимаемой зернами отдель­ных минералов в поле зрения микроскопа. При этом необходимо исследовать несколько зерен клинкера, каждое в нескольких точках. Метод трудоемкий, требует больших затрат времени и может применяться только при анализе портландцементного клинкера, так как неприменим к портландцементному порошку.

Петрографическое исследование портландцементного по­рошка возможно в иммерсионных жидкостях. При этом необхо­димо дополнительно очень тонко диспергировать порошок (рас­тирать в агатовой ступке или другими методами) и отдельно определять содержание каждого минерала клинкера и добавок, введенных при помоле. Этот метод еще более трудоемок и дли­телен.

Количественный рентгеноструктурный ана­лиз позволяет значительно быстрее определить состав как по­рошка чистого специально измельченного клинкера, так и гото­вого портландцемента. Метод основан на различии кристалли­ческой микроструктуры отдельных минералов. Различные струк­туры кристаллов дают в монохроматических рентгеновских лу­чах различное дифракционное отражение, анализируя которое, можно выделить тот или иной минерал, а по интенсивности от­ражения определить его содержание. К сожалению, точность этого метода меньше, чем петрографического, и он требует при­менения специальной, довольно сложной аппаратуры, специаль­ного обслуживания и мер безопасности. К недостаткам его от­носится также невозможность определения стекловидной фазы клинкера, а в готовом портландцементе — шлаков, топливных зол, вулканических пород и пород типа диатомитов, не дающих четкого дифракционного отражения.

По мере развития рентгеновской аппаратуры и автоматиза­ции метода он будет все больше применяться вследствие высо­кой оперативности его.

Химический анализ в настоящее время используется наиболее широко. По его результатам рассчитывают условный минералогический состав клинкера. Химический анализ обычно производится традиционными методами растворения в кислотах и поочередного осаждения с последующим определением массы соответствующего оксида. В будущем все большее применение будут находить методы рентгеноспектрального анализа и тер­молюминесцентной спектроскопии, что намного ускорит прове­дение химического анализа.

Условность расчетного минералогического состава заключа­ется в идеализации состава клинкера. При этом принимают, что, во-первых, в клинкере содержатся чистые (без примесей) ми­нералы: трехкальциевый силикат, двухкальциевый силикат, трехкальциевый алюминат и алюмоферритная фаза в виде четырехкальциевого алюмоферрита; во-вторых, что минералы клинкера закристаллизовались полностью и отсутствует жидкая фаза. В результате этих допущений расчетный минералогиче­ский состав отличается от действительного. По расчету C₃S по­лучается меньше, чем алита, C₂S больше, чем белита. В резуль­тате предположения о полной кристаллизации расплава рас­четное содержание С₃А и C₄AF значительно больше, чем алюмината и алюмоферрита в клинкере.

Несмотря на эти несоответствия, расчет условного минера­логического состава имеет большую практическую ценность. Многолетняя практика применения портландцемента позволила выявить устойчивые зависимости между расчетным минерало­гическим составом клинкера и свойствами получаемого из него портландцемента.

Важно помнить также, что этот метод нельзя использовать для исследования готового портландцемента, так как химиче­ский анализ не позволяет отделить оксиды, которые содержатся в добавках, введенных при помоле, от оксидов, находящихся в клинкере. Большей частью в качестве добавок применяют ве­щества с теми же оксидами, что и клинкер. Поэтому при иссле­довании готового портландцемента необходимо либо знать со­держание и состав добавок (а с достаточной точностью это обычно неизвестно), либо перед анализом отделить клинкерную часть пробы от добавок, например, в тяжелых жидкостях.

Расчетный минералогический состав клинкера выпускаемых в настоящее время промышленностью портландцементов нахо­дится обычно в следующих пределах:

Состав клинкера C₃S C₂S C₃A C₄AF

Содержание, % 40-65 10-35 2-15 5-20

Существует классификация клинкеров по минералогиче­скому составу. При массовой доле C₃S>60 % клинкер называ­ется алитовым, при массовой доле C₂S>37 % —белитовым, при массовой доле С₃А>13% — алюминатным, при массовой доле C₄AF> 5 % — алюмоферритным. Соответ­ственно могут быть алито-алюминатные, белито-алюминатные и другие клинкеры. Клинкеры, составы которых находятся внутри этих ограничений, называются нормальными.

Для тампонажных цементов в большинстве случаев исполь­зуются алитовые и нормальные клинкеры, но для особых слу­чаев можно приготовить самые разнообразные специальные со­ставы.

Добавка гипса влияет также на прочность цементного камня. Оптимальная добавка его повышает прочность камня, добавка выше оптимальной снижает прочность камня. Величина опти­мальной добавки зависит от минералогического состава клин­кера, главным образом от содержания трехкальциевого алюми­ната и четырехкальциевого алюмоферрита.

Инертные минеральные добавки - добавки ми­нерального происхождения, которые в обычных условиях лишь незначительно химически взаимодействуют с основным веще­ством портландцемента в процессе твердения. В качестве инерт­ных минеральных добавок чаще других используют известняк и кварцевый песок.

При значительном отклонении условий твердения от нор­мальных инертные добавки могут стать активными. Кварц, из­мельченныйили в виде песка, становится активной добавкой при температурах выше 60 °С.

Активные минеральные добавки содержат суще­ственное количество веществ, способных к химическому взаи­модействию с основным веществом портландцемента в процессе твердения.

Активность минеральных добавок определяют по способ­ности затвердевать после затворения водной смеси порошка до­бавки с гидратной известью, содержащей в основном гидроксид кальция Са(ОН)₂, причем затвердевшее на воздухе тесто дол­жно продолжать твердеть под водой.

Большинство активных минеральных добавок имеет кислый характер и химически взаимодействует с гидроксидом кальция Са(ОН)₂, выделяющимся из портландцементного раствора в процессе твердения.