Белите - Belite

Белит - промышленный минерал, важный для производства портландцемента . Его основной составляющей является силикат дикальция Ca 2 SiO 4 , иногда формулируемый как 2 CaO · SiO 2 (C 2 S в обозначении химика-цемента ).

Этимология

Название было дано Торнебомом в 1897 году кристаллу, идентифицированному при микроскопическом исследовании портландцемента. Белит - это название, обычно используемое в цементной промышленности, но не общепризнанное название минерала. Он встречается в природе в виде минерала ларнита , название которого происходит от города Ларн , Северная Ирландия , ближайшего к Скаут-Хиллу города, где он был обнаружен.

Состав и структура

Упрощенная кристаллическая структура белита

Белит, содержащийся в портландцементе, отличается по составу от чистого силиката кальция . Это твердый раствор, содержащий незначительные количества других оксидов, помимо CaO и SiO 2 . Типичный состав:

Окись Масса%
CaO 63,5
SiO 2 31,5
Al 2 O 3 2.1
Fe 2 O 3 0,9
MgO 0,5
SO 3 0,1
Na 2 O 0,1
К 2 О 0,9
TiO 2 0,2
P 2 O 5 0,2

Исходя из этого, формула может быть выражена как Ca 1,94 Mg 0,02 Na 0,01 K 0,03 Fe 0,02 Al 0,07 Si 0,90 P 0,01 O 3,93 . На практике состав варьируется в зависимости от основного состава клинкера с учетом определенных ограничений. Замена ионов кальция или ортосиликатных ионов требует, чтобы электрические заряды сохранялись в равновесии. Например, ограниченное количество ортосиликатных (SiO 4 4- ) ионов может быть заменено сульфатными (SO 4 2- ) ионами при условии, что для каждого сульфат-иона также замещены два алюминатных (AlO 4 5- ) иона.

Полиморфы

Силикат дикальция стабилен и его легко получить из реакционноспособного CaO и SiO 2 при 300 ° C. Низкотемпературная форма - гамма-белит или известковый оливин . Эта форма не гидратируется, и ее избегают при производстве цемента.

С повышением температуры он проходит несколько полиморфных состояний:

Температура ° C Имя Кристалл
> 1425 α Шестиугольный
1160-1425 α ' H Орторомбический
680–1160 α ' L Орторомбический
500-680 β Моноклиника
<500 γ Орторомбический

Гидратация

Белит - это минерал в портландцементе, ответственный за развитие «поздней» прочности . Другой силикат, алит , вносит свой вклад в «раннюю» прочность из-за своей более высокой реакционной способности. Белит реагирует с водой (примерно) с образованием гидратов силиката кальция (CSH) и портландита (Ca (OH) 2 ) в соответствии с реакцией:

Эта быстрая реакция является «химическим аналогом» медленной естественной гидратации форстерита (магниевого конечного члена оливина ), приводящей к образованию серпентина и брусита в природе, хотя кинетика гидратации плохо кристаллизованного искусственного белита намного быстрее, чем у искусственного белита. медленное выветривание хорошо кристаллизуется Mg- оливина в естественных условиях.

Гидрата фазы, [3 СаО · 2 SiO 2 · 3 Н 2 О], упоминается как " CSH фазы". Он растет как масса взаимосвязанных игл, обеспечивающих прочность гидратированной цементной системы. Относительно высокая реакционная способность белита желательна при производстве портландцемента, и необходимо строго избегать образования инертной γ-формы. Это достигается за счет быстрого охлаждения с образованием мелких, искаженных и очень дефектных кристаллов. Дефекты предоставляют места для первоначальной атаки воды. Неспособность быстро охладить клинкер приводит к превращению белита в γ-форму. Γ-форма имеет существенно другую структуру и плотность, так что инверсия приводит к деградации кристалла и окружающей его матрицы, а также может запускать разложение соседнего алита . Макроскопически это наблюдается как «пыление»: конкреции клинкера превращаются в мелкую пыль .

Обнаружение

Клинкерное сечение 0,15 х 0,15 мм

Минералы в портландцементном клинкере можно наблюдать и количественно определять с помощью петрографической микроскопии. Клинкерные конкреции режутся и шлифуются до получения плоской полированной поверхности. Открытые минералы становятся видимыми и идентифицируемыми путем травления поверхности. Затем поверхность можно наблюдать в отраженном свете с помощью оптической микроскопии . В этом примере узелок клинкера был отполирован и протравлен парами фтороводорода . Алит отображается коричневым цветом, белит - синим, а фазы расплава - белым. Также можно использовать электронную микроскопию , и в этом случае минералы можно идентифицировать с помощью микрозондового анализа. Предпочтительным методом точного количественного определения минералов является дифракция рентгеновских лучей на измельченном клинкере с использованием метода анализа Ритвельда . Белит измельчать в цементной мельнице намного сложнее, чем алит.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Жан-Пьер Бурназель, Ив Малье, Мишлин Моранвиль Регур, 1998, Бетон, от материала к структуре Публикации RILEM, ISBN  2-912143-04-7 .
  2. ^ Дир, Уильям Александр; Howie, R.A; Зуссман, Дж (1997-05-01). «Ларнит» . Дисиликаты и кольцевые силикаты . С. 248–249. ISBN 9781897799895.
  3. ^ Taylor HFW (1990), Цементная Химия , Academic Press, 1990, ISBN  0-12-683900-X , стр. 10-11.