Двухкальциевого силиката

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

Модификация g - 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 b®g и g®a_L относятся к реконструктивному типу, являются необратимыми и при атмосферном давлении протекают медленно. При переходе b®g происходит увеличение объема на 12%, что приводит к разрушению плотного спека b-модификации в тонкий порошок с размером зерен в диапазоне 30-40 мкм, представляющий смесь b- и g-формы C₂S. Это явление называется силикатным распадом. Оно крайне нежелательно из-за падения гидравлической активности, поскольку g - 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 g - 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 b - C₂S и сохранения гидравлической активности клинкеров играет атмосфера при обжиге. Так, например, Fe²⁺ способствует переходу b ® g-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: a > a¢ > b >> g.

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

Наиболее эффективно стабилизируют b - С₂S следующие оксиды: Fe₂O₃, MgO, Al₂O₃, P₂O₅, CaO. Вхождение этих оксидов в кристаллическую решетку b - 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