Белите

Белит — промышленный минерал, важный в производстве портландцемента . Его основной составляющей является двухкальциевый силикат Ca ₂ SiO ₄ , иногда формулируемый как 2 CaO · SiO ₂ (C ₂ S в обозначениях химика-цементиста ).

Этимология

Название было дано Тёрнебомом в 1897 году кристаллу, обнаруженному при микроскопическом исследовании портландцемента. ^[1] Белит — это широко используемое в цементной промышленности название, но не признанное название минерала. В природе он встречается как минерал ларнит , название которого происходит от Ларна , Северная Ирландия , ближайшего к Скот-Хиллу города , где он был обнаружен. ^[2]

Состав и структура

Упрощенная кристаллическая структура белита

Белит, содержащийся в портландцементе, по составу отличается от чистого дисиликата кальция . Это твердый раствор содержит незначительные количества других оксидов , который помимо CaO и SiO ₂ . Типичный состав: ^[3]

Окись	Массовый %
Высокий	63.5
SiO ₂	31.5
Al₂O_Al2O3	2.1
Fe₂O_Fe2O3	0.9
MgO	0.5
SO_SO3	0.1
Na₂Na2O	0.1
К ₂ О	0.9
ТиО ₂	0.2
П ₂ О ₅	0.2

Исходя из этого, формулу можно выразить 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 объемного состава клинкера с соблюдением определенных ограничений. Замещение ионов кальция или ортосиликат-ионов требует поддержания баланса электрических зарядов. Например, ограниченное количество ортосиликата ( SiO ⁴⁻
₄ ) ионы можно заменить сульфатом ( SO ²⁻
₄ ) ионы, при условии, что на каждый сульфат-ион приходится два алюмината ( AlO ⁵⁻
₄ ) ионы также замещены.

Полиморфы

Дикальцийсиликат стабилен и легко получается из реакционноспособных CaO и SiO ₂ при 300 °C. Низкотемпературная форма — γ-белит, или известковый оливин . Эта форма не гидратируется, и ее следует избегать при производстве цемента.

С повышением температуры он проходит через несколько полиморфных состояний:

Температура°С	Имя	Кристалл
>1425	а	Шестиугольный
1160–1425	а' _Ч	орторомбический
680-1160	а' _л	орторомбический
500-680	б	Моноклиника
<500	с	орторомбический

Увлажнение

Белит – это минерал портландцемента, ответственный за развитие «поздней» прочности . Другой силикат, алит, обеспечивает «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 ) по реакции:

${\ce {\underbrace{{2 Ca2SiO4}}_{{Belite}}+ \underbrace{{4 H2O}}_{{Water}}-> 3 CaO . 2 SiO2. 3 H2O + \underbrace{{Ca(OH)2}}_{{Portlandite}}}}$

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

${\ce {\underbrace{{2 Mg2SiO4}}_{{Forsterite}}+\underbrace{{3H2O}}_{{Water}}-> \underbrace{{Mg3Si2O5(OH)4}}_{{serpentine }}+ \underbrace{{Mg(OH)2}}_{{brucite }}}}$

Гидратная 2 фаза [3 CaO · 2 SiO ₂ · 3 H _O ] называется фазой « CSH ». Он растет как масса переплетенных иголок, обеспечивающих прочность гидратированной цементной системы. Относительно высокая реакционная способность белита желательна при производстве портландцемента, и необходимо строго избегать образования нереакционноспособной γ-формы. Это достигается за счет быстрого охлаждения, в результате которого образуются маленькие, искаженные и сильно дефектные кристаллы. Дефекты создают места для первоначальной атаки воды. Отсутствие охлаждения клинкера быстро приводит к обращению белита в γ-форму. γ-форма имеет существенно другую структуру и плотность, поэтому инверсия приводит к деградации кристалла и окружающей его матрицы, а также может спровоцировать разложение соседнего алита . Макроскопически это наблюдается как «пыление»: конкреции клинкера рассыпаются в мелкую пыль .

Обнаружение

Минералы в портландцементном клинкере можно наблюдать и количественно определять с помощью петрографической микроскопии. Клинкерные конкреции разрезаются и шлифуются до плоской полированной поверхности. Обнаженные минералы становятся видимыми и идентифицируемыми путем травления поверхности. Затем поверхность можно наблюдать в отраженном свете с помощью оптической микроскопии . В этом примере клинкерный узелок был отполирован и протравлен парами фторида водорода . Алит показан коричневым, белит — синим, а фазы расплава — белым. Также можно использовать электронную микроскопию , в этом случае минералы можно идентифицировать с помощью микрозондового анализа. Предпочтительным методом точного количественного определения минералов является дифракция рентгеновских лучей на порошкообразном клинкере с использованием Ритвельда метода анализа . Белит гораздо сложнее измельчить на цементной мельнице, чем алит.

См. также

Реакция гидратации форстерита (оливина) при серпентинизации.
CCN , обозначение химика-цементиста

Ссылки

^ Жан-Пьер Бурназель, Ив Малье, Мишлин Моранвиль Регур, 1998, Бетон, от материала к структуре Публикации RILEM, ISBN 2-912143-04-7 .
^ Дир, Уильям Александр; Хауи, Р.А.; Зуссман, Дж (1 мая 1997 г.). «Ларнит» . Дисиликаты и кольцевые силикаты . стр. 248–249. ISBN 978-1-897799-89-5 .
^ Тейлор HFW (1990), Химия цемента , Academic Press, 1990, ISBN 0-12-683900-X , стр. 10-11.

[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; Хауи, Р.А.; Зуссман, Дж (1 мая 1997 г.). «Ларнит» . Дисиликаты и кольцевые силикаты . стр. 248–249. ISBN 978-1-897799-89-5 .

[3] Тейлор HFW (1990), Химия цемента , Academic Press, 1990, ISBN 0-12-683900-X , стр. 10-11.

[1]

[2]

[3]