Минералогический и химический состав Портландцемента

Химический состав цемента выражают в оксидах, основными оксидами являются: CaO, оксид кремния, железа.

Оксид кальция. 63-66%. Вводится с карбонатным компонентом. Чем выше содержание его, тем больше образуется основного клинкерного минерала алита. Но при повышении содержания CaO необходимо следить, чтобы он был весь связан минералами, не связанного должно быть не больше 1%

Оксид кремния связывает оксид кальция в силикаты. Чем выше содержание оксида кремния, тем больше образуются двухкальциевые силикаты, тем ниже прочность цемента (марка). Оксид алюминия 4-8%. Попадает в клинкер с глинистыми компонентами. Этот оксид входит в состав клинкерного минерала 3CaO.Al₂­O­₃? который отвечает за схватывание цемента. Fe₂O₃ 3-4%, основное назначение – образование расплава. Жидкая фаза необходима для защиты фупировки печи от высоких температур, образование основного клинкерного минерала – трехкальциевого силикага. Благодаря образованию расплава снижается температура обжига портландцеменьного клинкера до 1450 град. (без железа 1600 град.).

Второстепенные оксиды:

Оксид магния. Не более 5%. Попадает с карбонатным сырьем. В процессе обжига карбонат магния разлагается на MgO, а затем происходит его пассивирование. При обычных условиях пассивный MgO с водой не взаимодействует. А при получении изделий из такого цемента, например, бетона, который подвергают пропаливанию при температуре 60-80 град. оксид магния начинает реагировать с водой с увеличением объема, в результате чего получаемые изделия имеют дефекты. Поэтому содержание MgO ограничивают до 5%.

R₂O, где R – Na, Ca. Попадют в состав. При их содержании до 1% они полезны, поскольку снижают температуру разложения CaСO₃ и способствует образованию основных клинкерных минералов. Если они содержатся в количествах более 1%, то при сухом способе производства цементного клинкера они легко переходят в газовую фазу, а затем конденсируются в газоходах, происходит налипание на них пыли и газоходы забиваются. Кроме того, при получении из такого портландцемента изделий на них могут образовываться высолы, т.е. эти щелочные соединения вымываются на поверхность изделия ухудшая их эстетический вид. Если эти щелочи находятся в связанном соединении (в виде хлоридов), то такой цемент не годится для получения железобетонных изделий, поскольку хлориды – мощные агрессоры по отношению к железу (стальная арматура коррозирует).

Оксид хрома. Попадает в клинкер в результате разрушения хромогрезитовой фуппировки печи. Этот оксид не допустим в содержании, поскольку в результате обжига он может переходить в 6-валентный оксид хрома, который является токсичным.

Оксид титана. TiO₂. Попадает через глинистый компонент. Полезен, поскольку облегчает кристаллизацию основных клинкерных минералов.

Минералогический состав Портландцемента

Основным клинкерным минералом является трехкальциевый силикат (алит). 3CaO.SiO­₂. 55-65%. Этот минерал отвечает за набор прочности в ранние сроки твердения. Именно он обеспечивает марочную прочность цемента.

2CaO.SiO­₂. Белит. 21-24%. Отвечает за прочность портландацементного клинкера, но в отличии от алита, он медленно твердеет и придает прочность в поздние сроки.

3CaO.Al₂O₃.Кальций алюминат. 4-8%. Отвечает за быстрое схватывание цемента. Чтобы замедлить схватывание в состав вводят природный гипсовый камень. Он взаимодействует с трехкальциевым алюминатом, тем самым замедляется реакция взаимодействия трехкальциевого алюмината с водой. Тем самым замедляется схватывание портландцемента.

4CaO.Al₂O₃.Fe₂O₃. 10-12%. Фактически является балластом, т.к. основное назначение в процессе обжига – образование расплава, благодаря которому образуется алит.

Второстепенные минералы:

Клинкерное стекло. Образуется в результате резкого охлаждения расплава. Чаще всего в состав клинкерного стекла входят трехкальц алюминат и алюмо феррит. Поскольку при резком охлаждении не все минералы успевают выкристаллизоваться (чем меньше степень закристаллизованнности вещества, те выше его активность; стекло – аморфное тело).

Выделяют свободный оксид кальция не более 1%.

Оксид кальция не более 5%.

Для удобства на практике приняты обозначения: алит – C₃S, белит C₂S, C₃A, С₄AF.