Минералогический состав глиноземистого клинкера.
В составе глиноземистого цемента преобладают низкоосновные алюминаты кальция СА, С12А7, СА2, которые обуславливают его свойства как быстротвердеющего вяжущего вещества.
При этом главная роль принадлежит однокальциевому алюминату СА, который очень быстро гидратируется. В высокоизвестковых цементах кроме СА есть значительное количество С12А7, а в низкоизвестковых – СА2.
Однокальциевый алюминат CaO*Al2O3 (CA) состоит из 35,5% СаО и 64,5% Al2O3. Он обладает высокой гидратационной активностью в зависимости от химического состояния шихты, условий обжига (плавление или спекание) и охлаждения кристаллы СА приобретают различную форму. При быстром охлаждении расплава СА кристаллизуется в скелетных формах, вследствие чего образуется тонкозернистая масса СА, пронизанная кристаллами геленита С2AS.
Двенадцатикальциевый семиалюминат 12CaO*7Al2O3 (C12A7), иногда обозначаемый формулой 5CaO*3Al2O3, встречается в глиноземистых цементах в 2 модификациях: устойчивой и нестойчивой. В этом минерале содержится 48,53% СаО и 51,47% Al2O3. С12А7 в смеси с водой быстро схватывается и твердеет. Прочность его достигает вначале значительной величины, а с течением времени снижается.
При очень высоком содержании С12А7 глиноземистый цемент становится «быстряком», что затрудняет использование его на практике. Если количество С12А7 небольшое (до 20%), твердение глиноземистого цемента ускоряется.
Однокальциевый двухалюминат CaO*2Al2O3 (СА2) состоит из 21,6% СаО и 78,4% Al2O3 и существует в 2 модификациях: устойчивой и неустойчивой. СА2, содержащийся в обычных цементах примерно в пределах 20 – 30% пи твердении характеризуется высокой прочностью, но нарастающей относительно медленно.
Наибольшую механическую прочность имеют цементы, состоящие из 67% СА и 33% СА2.
В качестве второстепенных минералов обычно в глиноземистых цементах содержится небольшое количество β-C2S, характеризующегося, как известно, медленным твердением, а также геленит 2Ca*Al2O3*SiO2 (C2AS), практически не взаимодействующий с водой при обычных температурах. Эти компоненты ухудшают вяжущие свойства глиноземистого цемента, в особенности геленит, который, связывая глинозем в инертное вещество, уменьшает содержание активных алюминатов кальция в вяжущем, поэтому SiO2 в сырье должно ограничиваться минимальными пределами (до 4 – 5%).
Оксиды железа в глиноземистых цементах представлении в виде твердых растворов от C6A2F до C2F. Нежелательно присутствие CaO*Fe2O3 и свободных оксидов железа, не обладающих вяжущими свойствами.
Наконец, в глиноземистом цементе присутствует небольшое количество оксида магния, обычно в виде магнезиальной шпинели MgO*Al2O3, а иногда периклаза MgO или окерманита 2CaO*MgO*2SiO2. При образовании шпинели качество цемента ухудшается, т.к. оксид алюминия связывается в неактивное соединение. Нежелательно также присутствие щелочей и сернистых соединений, ухудшающих свойства цемента.
Минералогический состав глиноземистого цемента существенно зависит от характера газовой среды.
При этом главная роль принадлежит однокальциевому алюминату СА, который очень быстро гидратируется. В высокоизвестковых цементах кроме СА есть значительное количество С12А7, а в низкоизвестковых – СА2.
Однокальциевый алюминат CaO*Al2O3 (CA) состоит из 35,5% СаО и 64,5% Al2O3. Он обладает высокой гидратационной активностью в зависимости от химического состояния шихты, условий обжига (плавление или спекание) и охлаждения кристаллы СА приобретают различную форму. При быстром охлаждении расплава СА кристаллизуется в скелетных формах, вследствие чего образуется тонкозернистая масса СА, пронизанная кристаллами геленита С2AS.
Двенадцатикальциевый семиалюминат 12CaO*7Al2O3 (C12A7), иногда обозначаемый формулой 5CaO*3Al2O3, встречается в глиноземистых цементах в 2 модификациях: устойчивой и нестойчивой. В этом минерале содержится 48,53% СаО и 51,47% Al2O3. С12А7 в смеси с водой быстро схватывается и твердеет. Прочность его достигает вначале значительной величины, а с течением времени снижается.
При очень высоком содержании С12А7 глиноземистый цемент становится «быстряком», что затрудняет использование его на практике. Если количество С12А7 небольшое (до 20%), твердение глиноземистого цемента ускоряется.
Однокальциевый двухалюминат CaO*2Al2O3 (СА2) состоит из 21,6% СаО и 78,4% Al2O3 и существует в 2 модификациях: устойчивой и неустойчивой. СА2, содержащийся в обычных цементах примерно в пределах 20 – 30% пи твердении характеризуется высокой прочностью, но нарастающей относительно медленно.
Наибольшую механическую прочность имеют цементы, состоящие из 67% СА и 33% СА2.
В качестве второстепенных минералов обычно в глиноземистых цементах содержится небольшое количество β-C2S, характеризующегося, как известно, медленным твердением, а также геленит 2Ca*Al2O3*SiO2 (C2AS), практически не взаимодействующий с водой при обычных температурах. Эти компоненты ухудшают вяжущие свойства глиноземистого цемента, в особенности геленит, который, связывая глинозем в инертное вещество, уменьшает содержание активных алюминатов кальция в вяжущем, поэтому SiO2 в сырье должно ограничиваться минимальными пределами (до 4 – 5%).
Оксиды железа в глиноземистых цементах представлении в виде твердых растворов от C6A2F до C2F. Нежелательно присутствие CaO*Fe2O3 и свободных оксидов железа, не обладающих вяжущими свойствами.
Наконец, в глиноземистом цементе присутствует небольшое количество оксида магния, обычно в виде магнезиальной шпинели MgO*Al2O3, а иногда периклаза MgO или окерманита 2CaO*MgO*2SiO2. При образовании шпинели качество цемента ухудшается, т.к. оксид алюминия связывается в неактивное соединение. Нежелательно также присутствие щелочей и сернистых соединений, ухудшающих свойства цемента.
Минералогический состав глиноземистого цемента существенно зависит от характера газовой среды.
| Минералы глиноземистого клинкера, образующиеся в окислительной среде при спекании | Минералы глиноземистого клинкера, образующиеся в восстановительной среде при плавке руды |
| CaO*Al2O3 α- и α’- 5CaO*3Al2O3 CaO*2Al2O3 γ-, β- 2CaO*SiO2 2CaO*Al2O3*SiO2 Твердые растворы C6A2F – C2F 2CaO*Fe2O3*2SiO2 2CaO*MgO *2SiO2 MgO MgO*Al2O3 CaO*TiO2 CaSO4, K2SO4 CaO*Al2O3 | α- и α’- 5CaO*3Al2O3 CaO*2Al2O3 γ-, β- 2CaO*SiO2 2CaO*Al2O3*SiO2 6CaO*4Al2O3*MgO*SiO2 6CaO*4Al2O3*FeO *SiO2 Fe3O4 FeO MgO MgO*Al2O3 CaO*TiO2 CaS |
Образование сульфидов отрицательно сказывается на гидратационной активности цементов.
В зависимости от минералогического состава глиноземистых цементов некоторые исследователи разделяют их на два типа: I - содержащие СА и C12A7 и обладающие высокой начальной прочностью; II - содержащие СА и СА2 и характеризующиеся нарастанием прочности в более поздние сроки и большей огнеупорность.