Фазовый состав цемента это

ХИМИКО-МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА

Сырьевые материалы, используемые для производства портландце­мента, состоят в основном из окиси кальция, кремнезема, глинозема и окиси железа. В печи эти окислы химически взаимодействуют друг с другом с образованием ряда более сложных соединений, при этом достигается химическое равновесие.

Тем не менее цемент можно рассматривать как систему, находящу­юся в равновесии, вследствие «замораживания» расплава в состоянии, существовавшем при температуре клинкерообразования.

В действительности силикаты в цементе не являются чистыми фаза­ми, так как содержат небольшое количество окислов в виде твердых растворов. Эти окислы оказывают значительное влияние на расположе­ние атомов, форму кристаллов и гидравлические свойства силикатов.

Определение расчетного состава портландцемента основано на ра­боте Р. Г. Богга (R. H. Bogue) и других исследователей. Существуют также и иные методы расчета состава *.

Уравнения Богга для определения процентного содержания основ­ных клинкерных минералов приводятся ниже. В скобках химические формулы обозначают содержание данного окисла в процентах от веса цемента.

Кроме основных минералов, указанных в табл. 1.1, в цементном клинкере содержатся в небольшом количестве MgO, ТЮ2, Мп203, К20 и Na20. Они обычно составляют не более нескольких процентов от веса цемента. Особый интерес представляют окислы натрия и калия. В дальнейшем мы их называем щелочами. Установлено, что они хими­чески взаимодействуют с некоторыми заполнителями и продукты этих реакций вызывают разрушение бетона (см. главу 7). Щелочи влияют на скорость роста прочности цемента. Содержание щелочей и Мп203 можно быстро определить с помощью спектрофотометра.

Минералогический состав цемента установлен в результате изуче­ния фазового равновесия тройных систем С—А—S и С—А—F, четвер­ной системы С — C2S — C5À3 — C4AF и др. Были исследованы кривые плавления или кристаллизации и вычислены составы жидких и твердых фаз при любой температуре. Фактический состав клинкера в дополне­ние к методам химического анализа может быть исследован с помощью микроскопа путем измерения коэффициента преломления соединений в виде порошка. Содержание минералов-силикатов может быть оп­ределено с помощью микрометра Шэндс при исследовании прозрач­ных шлифов (аналогично применяемому в петрографическом ана­лизе) в проходящем свете. Полированные и травленые шлифы также могут быть исследованы как в отраженном, так и в проходящем свете. Рентгеновская дифракция порошкообразного вещества может быть использована с целью обнаружения кристаллических фаз, а также для исследования их кристаллической структуры. Находит применение так­же электронный микроскоп, который дает большое увеличение и обла­дает значительно большей разрешающей способностью, чем световой^.

СзЭ, содержание которого обычно наибольшее, встречается в виде небольших равноразмерных неокрашенных зерен.

Известно, что С2Б имеет три или даже четыре модификации. а -С28, которая существует при высоких температурах, переходит при температуре 1456° С в Р -модификацию. Р-СгЭ претерпевает дальней­шее превращение в у -С28 при 675° С, но при скорости охлаждения це­ментов, имеющей место в производственных условиях, в клинкере сох­раняется Р-С28 в виде зерен округлой формы, обычно показывающих двойникование кристаллов.

С3А образует прямоугольные кристаллы, но в застеклованном со­стоянии это аморфное промежуточное вещество.

Читайте так же:
Заливка цементом водяные теплые полы

С4АР представляет собой твердый раствор ряда соединений от С2Р до С6А2Р; принятая формула С4АР является условной, отражающей средний состав этой фазы.

Различные типы цементов в значительной степени отличаются по своему химико-минералогическому составу, который обусловливается соотношением сырьевых материалов. Одно время в США была пред­принята попытка контролировать свойства цементов различного назна­чения установлением предельных количеств четырех основных клинкер­ных минералов, определенных расчетом по химическому анализу. Этот способ исключил бы многочисленные физические испытания, но, к со­жалению, расчетный минералогический состав не является достаточно точным и не учитывает все необходимые свойства цемента и, следова­тельно, не может заменить непосредственных определений требуемых свойств.

Примерный химический состав портландцемента в % следующий: СаО—60—67; ЭЮа—17—25; А1203—3—8; Ре203—0,5—6; Л^О-0,1— 4; щелочей — 0,4—1,3; БОз—1—3.

В табл. 1.2 приводится химический и расчетный минералогический составы типичного портландцемента.

Нерастворимый остаток определяют путем обработки цемента со­ляной кислотой; он характеризует количество примесей в цементе, по­падающих главным образом в составе гипсового камня. ВЭ 12:1958 допускает величину нерастворимого остатка не более 1,5% веса це­мента.

Важно отметить, что минералогический состав цемента может из­меняться в значительной степени даже при сравнительно небольших

Несомненно, что контролю химического состава цемента придается особое значение. У типичных обычных и быстротвердеющих портланд- цементов общая сумма содержания двух силикатов меняется незначи­тельно, в узких пределах,, поэтому различия в составе в большой степе­ни зависят от соотношения между СаО и БЮг в сырьевых материалах.

Цемент и строительные материалы

Решения для цементной промышленности: Определение химического состава цемента и его компонентов производства: клинкера, сырья, сырьевых компонентов, готовой продукции методом рентгенофлуоресцентного анализа на спектрометрах PANalytical Zetium, Epsilon 3X. Определение фазового состава концетратов и конечной продукции на дифрактометрах PANalytical Empyrean, X’Pert Powder и промышленной версии дифрактометра для экспресс-анализа CubiX3-Cement. Возможна комбинация приборов в виде Twin System для…

• Готов к работе после распаковки!
• Гарантия 2 года и постгарантийное обслуживание!
• Доставка в любую точку России!

Решения для цементной промышленности:

Определение химического состава цемента и его компонентов производства: клинкера, сырья, сырьевых компонентов, готовой продукции методом рентгенофлуоресцентного анализа на спектрометрах PANalytical Zetium, Epsilon 3X.

Определение фазового состава концетратов и конечной продукции на дифрактометрах PANalytical Empyrean, X’Pert Powder и промышленной версии дифрактометра для экспресс-анализа CubiX3-Cement.

Возможна комбинация приборов в виде Twin System для совместного XRF/XRD анализа, разработанная PANalytical. Система представяет собой расположенные в один ряд спектрометр Zetium Cement и дифтактометр CubiX3-Cement, соединенные между собой минитранспортером для передачи пробы от одного прибора к другому.

Специализированные версии приборов модификации «Cement» разработаны PANalytical уже с учетом требований проведения XRF и XRD анализа материалов цементной индустрии, а также любых других материалов. Также приборы могут быть использованы в автоматизированных комплексах, конвейерах и т.п.

1. Определение химического состава материалов методом рентгеновского анализа на спектрометрах компании PANalytical (анализ любых материалов):

• Рентгенофлуоресцентный спектрометр Zetium Cement с набором калибровок;
• Рентгенофлуоресцентный спектрометр Epsilon 3X с набором калибровок.

1. Определение структуры и фазового состава в различны материалах, а также кластерный анализ в рудах, концентратах, конечной продукции и др.материалах методом дифракционного анализа на дифрактометрах:

• X’Pert Powder – стационарный порошковый дифрактометр;
• Empyrean – многоцелевой рентгеновский дифрактометр для исследований и аналитического контроля;
• CubiX? Cement – оптимизирован для экспресс анализа фаз и структуры материалов цементного производства;
• Aeris Cement – настольный дифрактометр, также оптимизирован для анализа фаз и структуры материалов цементной промышленности.

1. Оборудование для подготовки сыпучих материалов для рентгеноспектрального и дифракционного анализа:

• Дробилки
• Истирающие и другие мельницы
• Прессы для таблетирования
• Печи для сплавления

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Фазовый состав цементного камня пропитанных серой ЦСП представлен теми же новообразованиями, что и у непропитанных образцов, а также собственно серой. При этом в пропитанных образцах нет новообразований с участием серы, т.е. она не вступает в химические реакции с компонентами цементного камня и древесины, что могло бы пагубно сказаться на свойствах материалов. [1]

Фазовый состав цементного камня из шлакопесчаных и шлакопесчанобаритовых смесей на основе ждановского шлака можно установить на основании рис. 16.7. Дифрактограмма исходной шлакопесчаной смеси ( 9: 1), C / S 1 ( рис. 16.7 а, кривая /), содержит, помимо рефлексов ждановского шлака, также рефлексы кварца. Соответствующая кривая ДТА аналогична кривой исходного ждановского шлака, что объясняется малой интенсивностью эффекта превращения при нагревании а — и ( 3-кварца в области 575 — 600 С ( рис. 16.7 6, кривая /) и, следовательно, практическим отсутствием этого эффекта на дериватограмме. [3]

Фазовый состав гидратирова-н-ного пуццоланового цементного камня отличается как по содержанию гидроокиси кальция, так и по количеству и общему составу гидросиликатов и гидроалюминатов кальция. В нем отсутствуют гидрат окиси кальция, высокоос-ные гидросиликаты и гидроалюминаты. Так как реакция между активным кремнеземом добавки и гидратом окиси кальция протекает только в присутствии воды, то пуццолановый портландцемент характеризуется более высокой чувствительностью к преждевременному высыханию. Он лучше твердеет в воде и во влажных условиях. При твердении на воздухе прочность его нарастает медленнее и рост ее вскоре практически прекращается. [4]

Таким образом, фазовые составы цементного камня из высокоалюминатного шлака без добавки и с добавкой лигнина идентичны. [5]

Таким образом, фазовый состав цементного камня из ТСЦ без добавок, автоклавированного в течение 180 и 360 сут ( наружный слой и сердцевина), представлен в основном гидросиликатом кальция тоберморитовой группы, монтмориллонитом и баритом. [6]

Исследования не позволили определить закономерности изменения фазового состава цементного камня в процессе его старения, так как он был различен даже у образцов из скважин одного возраста. [7]

Рентгенофазовые и термографические исследования показали, что фазовый состав цементного камня длительного твердения не зависит от вида и количества добавленного химического реагента. [8]

В результате анализа ИК-спектров исследованных образцов портландцементного камня установлено, что фазовый состав цементного камня в основном представлен CSH фазой и портланди-том Са ( ОН) г, что хорошо согласуется с литературными данными. Образующиеся на ранней стадии гидратации портландцемента гидроалюминаты кальция C4AHi3 и C4AHig, а также высокосульфатная форма гидросульфоалюмината ЗСаО — АЬОз-ЗСаЗСНХ Х32Н2О, которые могут переходить в С3АНв — гидроалюминаты и низкосульфатную форму ЗСаО-Al2O3-CaSO4-12Н2О — эттрин-гит, идентифицировать методом ИКС не удалось в связи с незначительным содержанием этих фаз в цементном камне. [9]

Основными предпосылками качественного цементирования является учет физико-химических и физико-механических превращений в твердеющей тампонажной смеси, находящейся в определенных геологических и технических условиях затрубного пространства скважины и в постоянной взаимосвязи друг с другом, что оказывает непосредственное влияние на особенности формирования структуры и фазового состава цементного камня . [10]

При изучении влияния различных дозировок КМЦ на коррозионную стойкость камня из портландцемента выявлено следующее. Добавка 0 5 % КМЦ к тампонажному раствору, твердевшему в минерализованной воде, в ранние сроки твердения повышает прочность камня как при изгибе, так и при сжатии ( рис. 17.7, кривые 3), а в последующие сроки стабилизирует ее. Гидратация исходного портландцемента с добавкой 0 5 % КМЦ в пресной воде при температуре 75 С сопровождается уменьшением со временем Са ( ОН) 2 вследствие выщелачивания. С введением КМЦ фазовый состав цементного камня практически не меняется. [11]

Микроструктура цементного камня из ТСЦ без добавок и с добавками гипана с хромпиком и ВКК была исследована с помощью электронного микроскопа. Для цементного камня без добавок реагентов-после 2-суточ-ного твердения характерно наличие мелкочешуйчатых частиц тобермори-та и гелевидной фазы гидросиликатов. В цементном камне с добавкой гипана с хромпиком в 2-суточных образцах отмечено пбявление наряду с тобер-моритом удлиненных палочкообразных частиц ксонотлиха. Количество ксонотлита невелико, поэтому другими методами ( РФА, ДТА) он не обнаружен. В цементном камне из ТСЦ без добавок ксонотлит появляется в 90-суточных образцах, увеличивается количество тоберморитовых пластинок. Обе фазы присутствуют в цементном камне в течение всего срока испытания как в камне из чистого ТСЦ, так и с добавками гипана с хромпиком. В цементном камне из ТСЦ с добавкой ВКК в начальные сроки твердения наблюдается гидратообразование в виде волокнистого тоберморита. Количество тоберморита уменьшается с 90-суточного срока твердения. В камне из чистого ТСЦ к этому сроку увеличивается количество тоберморитовых пластинок и появляются удлиненные ( палочковидные) частицы ксонотлита. Эти фазы хорошо развиваются к 180-суточному сроку и остаются вплоть до 360 сут без изменений. Фазовый состав цементного камня с добавкой ВКК 180 — и 360-суточного сроков твердения представлен баритом и монтмориллонитом. [12]

Источник

Фазовый состав портландцементного клинкера

Образующийся в результате обжига сырьевой смеси клинкер, имеет достаточно сложный минералогический состав. Основную роль в нем играют четыре минерала.

Трехкальциевый силикат Ca₂SiO₄ (СаС) или 3CaO SiO₂.

Образующийся в портландцементном клинкере трехкальциевый силикат содержит некоторое количество примесей MgO, Al₂O₃, Fe₂O₃, Cr₂O_3, которые влияют на его структуру и свойства. Эта разновидность называется алитом и обозначается С₃S. Содержание алита в клинкере наибольшее и составляет 40-55%. При рассмотрении процессов гидратации цементов примесями, входящими в трехкальциевый силикат, как правило, пренебрегают, и все расчеты ведутся на чистую систему 3CaOSiO₂. В портландцементе алит обеспечивает набор точности камня в ранние сроки твердения (от нескольких дней до 3х — месяцев).

Трехкальциевый получают в лабораторных условиях из химически чистых компонентов. Кристаллы алита имеют обычно шестигранную или прямоугольную форму, которая хорошо просматривается в шлифах клинкера в отраженном свете.

Двухкальциевый силикатCa₂SiO₄ или 2CaOSiO₂-(C₂S) в портландцементном клинкере присутствует в b — модификации, называемой белитом. Количество его в клинкере составляет 20 — 30%. Белит имеет меньшую гидравлическую активность, по сравнению с алитом и обеспечивает рост прочности цементного камня на поздних стадиях твердения. Белит, как и алит представляет собой твердой раствор b — двухкальциевого силиката(b — 2СаOSiO₂) и небольшого количества (1-3) таких примесей как Аl₂O₃, Fе₂O₃, С₂О₃ и др. Гидравлическая активность белита также зависит от строения кристаллов. Цементы, в которых белит представлен округлыми плотными кристаллами с зазубренными краями со средним размером 20 ¸ 50 мк характеризуются повышенной прочностью. Расщепление кристаллов способствует повышению ее гидравлической активности.

Промежуточное вещество, расположенное между кристаллами алита белита включает алюмоферритную и алюминатную фазу.

Алюминаты кальция обычно встречаются в клинкере в виде трехкальциевого алюмината С₃Аl₂O₆ или 3CaOAl₂O₃ (С₃А) С₃А кристаллизуется в кубической системе в виде очень мелких шестиугольников и прямоугольников. Содержится в цементном клинкере в количестве до 15 %.Это наиболее химически активный минерал клинкера и именно его гидратация определяет сроки схватывания цементных растворов.

Алюмоферритная фаза представляет собой твердый раствор алюмоферритов кальция разного состава, который в свою очередь зависит от состава сырьевых смесей, условий обжига и т.п. При этом возможно образование серии твердых растворов между С₆А₂F, С₄АF, C₆AF₂ и С₂F. В клинкере алюмоферритная фаза по своему составу близка к четырехкальциевому алюмоферриту.

Четырехкальциевый алюмоферрит Ca₄(Al₂O₅) (Fe₂O₅) или 4CaO AI₂O₃ Fe₂O₃(C₄AF) — железосодержащий минерал обладающий достаточно высокой скоростью гидратации и обеспечивающий роет прочности системы в первые часы; твердения. В портландцементах его количество находится в пределах
10 — 20%. Скорости процессов гидратации- примерно равны.

Кроме указанных минералов в состав клинкера входит стекловидная фаза, содержащая в своем составе незакристаллизованные ферриты, алюминаты, оксид магния, щелочные соединения и др. При резком охлаждении цементного клинкера стеклофаза, покрывая поверхность минералов, предотвращает фазовые переход.

CaO_своб обнаруживается в свежеобоженном; клинкере в виде бесцветных изотропных зерен. Ее должно быть не больше 0,5 ¸ 1 %. При более высоком содержании Са0_своб снижается качество цемента и может вызвать неравномерное изменение его объема при твердении вследствие перехода в Са(ОН)₂.

Окись магния находится в клинкере в виде: а) минерала периклаза; б) твердого раствора в фазе или в трехкальциевом силикате; в) в клинкерном стекле. Вредное влияние MgO при содержании более 5% на равномерность изменения объема цемента проявляется в том случае, когда она присутствует в виде кристаллов периклаза, медленно реагирующих с водой в уже затвердевшем цементе и дающих Mg(ОН)₂ характеризующийся увеличенным, удельным объемом.

Для регулирования сроков схватывания цемента при помоле клинкера вводится 3-5 % двуводного гипса. Кроме этого портландцемент может содержать до 15 % кремнеземосодержаших компонентов, в качестве которых могут использоваться молотый песок, шлаки, золы от сжигания твердых топлив. Введением добавок достигается два преимущества: во-первых, цемент стоит дешевле т.к. портландцементный клинкер дороже любой добавки; во-вторых, добавками можно регулировать свойства раствора и камня. Для придания специальных качеств цементу при его помоле вводятся гидрофобизаторы, пластификаторы и др. вещества.

Источник