Минералы портландцементного клинкера: Минеральный состав портландцементного клинкера, характеристики клинкерных минералов и их влияние на свойства портландцемента.

Минеральный состав портландцементного клинкера, характеристики клинкерных минералов и их влияние на свойства портландцемента.

1. Главная страница 🏠
2. 📚 Библиотека
3. 👉 Строительное материаловедение 👈
4. Шпаргалки по строительным материалам
5. Минеральный состав портландцементного клинкера, характеристики клинкерных минералов и их влияние на свойства портландцемента.

Нужна помощь в написании работы?

Узнать стоимость

 Химический состав клинкера выражают содержанием оксидов (% по массе). Главными являются: СаО-63-66%, SiO2-21-24%, Al2O3-4-8%, Fe2O3=2-4%, суммарное количество которых составляет 95-97%. В процессе обжига главные оксиды образуют силикаты, алюминаты, алюмоферрит кальция. Основными минералами клинкера являются:  

Алит 3CaO*SiO2(С3S) – главный минерал цементного клинкера, имеет большую активность в реакции с водой (в начальном сроке). Быстро твердеет и набирает высокую прочность, содержится в клинкере в количестве 45-60%. Белит 2CaO*SiO2 (C2S) менее активен, чем алит, второй по важности и содержанию (20-30%) минерал клинкера. Твердеет медленно. К месячному сроку его продукт обладает сравнительно невысокой прочностью. Трехкальциевый алюминат 3СаО*Al2O3 (С3А). Самый активный; отличается быстрым взаимодействием с водой. Большое тепловыделение. Быстрое твердение порождает раннее структурное образование в цементном тесте и сильно ускоряет сроки схватывания (несколько минут). Если не ввести добавку гипса, то получится цемент «быстряк» — бетонная смесь, которая не успевает перемешаться и уложиться в форму. С3А из всех минералов наименее морозостойкий, содержание в клинкере 4-12%.

Четырехкальциевый алюмоферрит4СаО*Al2O3*Fe2O3 обладает умеренным тепловыделением. Быстрота твердения занимает промежуточное положение между алитом и белитом. Прочность продуктов твердения (гидратация) в ранние сроки ниже, чем у алита и выше, чем у белита, содержится в количестве 10-20%.  Содержание СаО и MgO не должно превышать соответственно 1 и 5%, иначе снижается качество цемента. Щелочи(Na2O, K2O) присутствуют в виде сульфатов, их содержание не должно превышать 0,6% из-за опасности растрескивания.

Поможем написать любую работу на аналогичную
тему

• Реферат

  Минеральный состав портландцементного клинкера, характеристики клинкерных минералов и их влияние на свойства портландцемента.

  От 250 руб

• Контрольная
  работа

  Минеральный состав портландцементного клинкера, характеристики клинкерных минералов и их влияние на свойства портландцемента.

  От 250 руб

• Курсовая работа

  Минеральный состав портландцементного клинкера, характеристики клинкерных минералов и их влияние на свойства портландцемента.

  От 700 руб

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему
учебному проекту

Узнать стоимость

Поделись с друзьями

• Содержание
• Меню

Генетическая классификация горных пород.

Влияние условий образования на структуру и свойства горных пород.

Магматические горные породы: механизмы образования, особенности строения, минеральный состав, свойства, применение в строительстве.

Породообразующие минералы магматических горных пород: химический состав, свойства.

Осадочные горные породы: условия образования, минеральный состав, свойства, применение в строительстве.

Породообразующие минералы осадочных горных пород: химический состав, свойства.

Метаморфические горные породы: условия образования,  особенности строения, минеральный состав, свойства, применение в строительстве.

Состав, макро- и микроструктура древесины.

Физико-механические свойства древесины.

Влажность древесины и ее влияние на свойства древесины.

Добавить в избранное
(необходима авторизация)

Свойства минералов портландцементного клинкера

Важнейший минерал портландцементного клинкера трехкальциевый силикат алит 3СаО·SiO2  (условное обозначение С3S) быстро твердеет и показывает высокую прочность. При твердении он выделяет достаточно много тепла. В табл. 9, 10 и 11 представлены: глубина гидратации клинкерных минералов во времени, прочность и выделение тепла при твердении в зависимости от времени твердения минералов. Сравнение этих данных позволяет наглядно представить свойства каждого минерала и их влияние на свойства портландцемента.

Двухкальциевый силикат белит 2СаО·SiO2 (С2S) медленно схватывается и твердеет, но с течением времени прочность его неизменно возрастает и оказывается весьма высокой через 1-2 года твердения. При гидратации выделяет мало тепла.

Трехкальциевый алюминат ЗСаО·Al2O3  (С3A) является наиболее быстро гидратирующимся минералом: он быстро схватывается и твердеет. Но достигнутая в первые сроки твердения прочность в дальнейшем мало или почти не возрастает. Трехкальциевый алюминат при твердении выделяет много тепла: больше, чем какой-либо другой минерал.

Четырехкальциевый алюмоферрит 4СаО·Al2O3·Fе2О3 (С4AF) твердеет достаточно быстро, дает невысокую прочность и выделяет умеренное количество тепла (занимает положение примерно между трехкальциевым и двухкальциевым силикатами). С4AF не обладает ярко выраженными свойствами, как предыдущие минералы, и не оказывает определяющего влияния на свойства портландцемента.

Таблица 9

Таблица 10

Как видим, минералы клинкера отличаются между собой по скорости гидратации, длительности твердения, прочности во времени, выделению тепла при твердении. При взаимодействии клинкерных минералов с водой образуются новые соединения, которые обладают не только различной прочностью, о чем сказано выше, но и

разной растворимостью в воде, что обусловливает их различную стойкость (а, следовательно, и цементного камня, содержащего заметное количество этих новообразований) в мягких и минерализованных водах.

Таблица 11

Присутствие в цементе свободных СаО и МgО может привести к образованию трещин в твердеющем бетоне. Оксид кальция, прошедший зону спекания, является известью-пережогом. Ее взаимодействие с водой происходит позже схватывания цемента, когда пластичность теста уже потеряна, а прочность еще не достаточна, чтобы выдержать напряжения, возникающие в результате гашения оксида кальция, сопровождающегося выделением тепла и увеличением в объеме. Поэтому практически свободного оксида кальция в клинкере не должно быть.

Свободный оксид магния MgO  проявляет себя в цементе так же, как и свободный оксид кальция с тем отличием, что гидратируется долго и выделение тепла при этом происходит менее активно, При содержании оксида магния более 5% в твердеющем цементном камне могут образовываться трещины. При испытании портландцемента обязательным опытом является проверка на равномерность изменения объема при твердении, т.е. влияния свободных оксидов кальция и магния на твердеющий цемент.

Материал взят из книги Минеральные вяжущие вещества (Т.Н. Акимова)

Что такое цементный клинкер? Состав, типы и применение

Syeda Tahsin Hasan

Клинкер представляет собой шаровидный материал, получаемый на стадии обжига при производстве цемента и используемый в качестве связующего во многих цементных продуктах. Глыбы или узелки клинкера обычно имеют диаметр 3-25 мм и темно-серый цвет. Его получают путем нагревания известняка и глины до состояния разжижения при температуре около 1400°C-1500°C во вращающейся печи. Клинкер при добавлении к гипсу (для контроля схватывания цемента и обеспечения прочности на сжатие) и тонком измельчении дает цемент. Клинкер может храниться в течение длительного периода времени в сухом состоянии без ухудшения качества, поэтому он продается на международном уровне и используется производителями цемента, когда сырье оказывается дефицитным или недоступным.

Состав клинкера

Состав клинкера исследуют двумя отдельными методами:

• минералогический анализ с использованием петрографической микроскопии и/или рентгеноструктурного анализа
• химический анализ, наиболее точно с помощью рентгенофлуоресцентной спектрометрии

Четыре основных компонента клинкера:

• Алит : примерно трехкальциевый силикат (обычно около 65% от общего количества)
• Белит : приблизительно двухкальциевый силикат (обычно около 15% от общего количества)
• Алюминат : приблизительно трехкальциевый алюминат (обычно около 7% от общего количества)
• Феррит : приблизительно четырехкальциевый алюминоферрит (обычно около 8% всего)

Другие вещества могут присутствовать в небольших количествах:

• Солевые фазы — различные сочетания катионов натрия, калия и кальция с сульфатными и хлоридными анионами, такие как:
  • Arcanite — K ₂ SO ₄
  • Calcium Langbeinite — K ₂ Ca ₂ (SO ₄ ) ₃
  • Aphthitalite — K ₃ Na(SO ₄ ) ₂
  • Сильвит — KCl
• Низкотемпературные фазы — различные промежуточные химические вещества, избежавшие дальнейшей термической обработки, такие как:
  • Спуррит — Ca ₅ (SiO _{4 09050 4 09050 ) 29043} )
  • Тернезит — CA5 (SIO ₄ ) ₂ (SO ₄ )
  • ELLESTADITE — CA ₁₀ (SIO ₄ ) ₃ (SO ₄ ) 3 (SO ₄ ) 50550) 3 (SO ₄ ) ) (SO ₄ ) ) (SO ₄ ) ) ) 3 (SO ₄ ) ). OH) ₂
  • Ye’elimite — CA ₄ (ALO ₂ ) ₆ (SO ₄ )

Химический анализ клиннк обычно дается в оксидном, следующие (следующие поступающие (NOS NOGS: NOS NOS. в вес. оксида %):

Свободная известь = 1,0% CaO

Остаток составляется путем добавления сульфатов щелочных металлов и незначительных примесей, таких как небольшие количества оксидов титана, марганца, фосфора и хрома.

Количество различных компонентов варьируется в зависимости от желаемых свойств производимого клинкера.

Термохимия клинкера

Сырье, поступающее в печь, принимают при комнатной температуре. Внутри печи температура продолжает расти, и когда она достигает своего пика, клинкер производится путем быстрого охлаждения. Хотя стадии реакции часто перекрываются, их можно выразить в четко определенной последовательности следующим образом:

1. 65-125°C : Свободная вода испаряется: необходимо обеспечить скрытое тепло. Полезная тепловая нагрузка: 2145 кДж/кг клинкера.
2. 400-650°C : Глины разлагаются эндотермически, а щелочи реагируют с атмосферой печи с образованием жидких сульфатов. Полезная тепловая нагрузка: 42,2 кДж/кг клинкера.
3. 500-650°C : Доломит разлагается эндотермически. Полезная энергозатратность: 19,7 кДж.
4. 650-900°C : Карбонат кальция эндотермически реагирует с диоксидом кремния с образованием «начального белита». Полезная тепловая энергия: 722,5 кДж
5. 700-900°C : Карбонат кальция эндотермически реагирует с оксидом алюминия и оксидом железа с образованием зачаточного алюмината и феррита. Полезная тепловая энергия: 207,2 кДж.
6. 900-1050°C : Когда весь доступный кремнезем, оксид алюминия и оксид железа прореагируют, оставшийся карбонат кальция эндотермически разлагается до оксида кальция. Потребность в подводимой теплоте: 601,9 кДж/кг клинкера.
7. 1300-1425°C : Алюминат, феррит и часть белита плавятся эндотермически, и белит реагирует с оксидом кальция с образованием алита.
8. 1425-1300°C : Пройдя пиковую температуру, расплав экзотермически замерзает до алюмината, феррита и белита.

Типы клинкера

Наиболее распространенный тип клинкера производится для портландцемента и его смесей. Типы клинкера различаются в зависимости от типа цемента, для которого производится клинкер. Помимо смесей портландцемента, некоторые специальные типы цементного клинкера перечислены ниже:

1. Сульфатостойкий клинкер
2. Низкий тепловой клинкер
3. Белый клинкер
4. Низко-алло-клинкер
5. Белье кальцийсульфоалюминат Тернезит (BCT)

Sulfate Resistant Clinker

IT содержит 76% AlIte, Al-alite, Al-aliTe, Al-alite, Al-ale, Al-alite, Al-alite, Al-alite, Al-alite, Al-aline, а-устойчивый. , и 1% свободного оксида кальция. Его производство в последние годы сократилось, потому что сульфатостойкость можно легко получить, используя гранулированный доменный шлак в производстве цемента.

Низкотемпературный клинкер

Содержит 29 % алита, 54 % белита, 2 % алюмината трикальция и 15 % алюмоферрита тетракальция с очень небольшим количеством свободной извести. Его больше не производят, потому что цемент, произведенный из обычного клинкера и молотого гранулированного доменного шлака, обладает отличными низкотемпературными свойствами.

Белый клинкер

Он содержит 76 % алита, 15 % белита, 7 % трехкальциевого алюмината, не содержит тетракальциевого алюмоферрита и 2 % свободной извести, но его состав может сильно различаться. Белый клинкер производит белый цемент, который используется в эстетических целях в строительстве. Большая часть белого цемента идет на заводские сборные железобетонные изделия.

Низкощелочной клинкер

Уменьшение содержания щелочи в клинкере осуществляется либо заменой сырьевого источника глинозема другим компонентом (таким образом получая более дорогой материал из более удаленного источника), либо установкой «щелочного стравливания», который включает удаление некоторых высокотемпературных газов из системы печи (которые содержат щелочи в виде дыма), что приводит к некоторым потерям тепла.

Белит Сульфоалюминат кальция Тернезит (BCT)

Эта концепция используется при производстве клинкера с выбросом двуокиси углерода на 30% меньше. Повышается энергоэффективность, а затраты на электроэнергию для производственного процесса также снижаются примерно на 15%.

Использование клинкера: преобразование в цемент

Клинкер в сочетании с добавками и измельченный в мелкий порошок используется в качестве связующего в цементных изделиях. Различные вещества добавляются для достижения определенных свойств в производимом цементе. Гипс, добавленный и измельченный с клинкером, регулирует время схватывания и придает важнейшее свойство цемента — прочность на сжатие. Это также предотвращает агломерацию и налипание порошка на поверхность шаров и стенки мельницы. Некоторые органические вещества, такие как триэтаноламин (используется в количестве 0,1 мас.%), добавляют в качестве добавок для измельчения, чтобы избежать агломерации порошка. Иногда используются и другие добавки: этиленгликоль, олеиновая кислота и додецилбензолсульфонат. Наиболее известным типом производимого цемента является портландцемент, но некоторые активные ингредиенты химических добавок могут быть добавлены в клинкер для производства других типов цемента, таких как:

• Цемент из молотого гранулированного доменного шлака
• Цемент пуццолановый
• Цемент микрокремнезема

Клинкер в основном используется для производства цемента. Поскольку он может храниться в сухом состоянии в течение нескольких месяцев без заметного ухудшения качества, он продается на международном уровне в больших количествах. Производители цемента покупают клинкер для своих цементных заводов в районах, где сырья для производства цемента мало или оно отсутствует.

Экспресс-исследование фазового состава портландцемента-клинкера методом порошковой рентгенографии и его влияние – MSK

Опубликовано 6 апреля 2022 г. 6 апреля 2022 г. автором MSK Admin

Введение

Портландцемент – это вяжущее вещество, используемое в строительстве, которое схватывается, затвердевает и прилипает к другим материалам например, песку или гравию, связывая их вместе. Это основной материал для любых видов каменных строительных работ, таких как фундаменты домов, многоэтажные дома, дороги, строительство мостов и т. д. Поэтому проверка качества цемента как на заводе, так и в лаборатории является необходимым мероприятием для определения его прочности. Ключевым ингредиентом этого цемента является клинкер, который представляет собой высокотемпературный кальцинированный продукт ряда сырьевых материалов, таких как известняк, глина и т. д., полученный в результате сложной серии реакций в печи при температуре 1400°C-1500°C. После образования клинкера его охлаждают с последующим добавлением гипса и/или других дополнительных вяжущих материалов, которые в совокупности определяют состояние полученного цемента. Когда этот цемент смешивается с водой, образуется переходная пластичная гладкая паста, и по мере продолжения реакции между водой и цементом цементная паста затвердевает. Все эти свойства строго зависят от состава цемента. В основном за твердение цемента отвечает гидратация основного компонента клинкера. Четыре основные минеральные фазы клинкера представляют собой силикаты и оксиды, а именно C ₃ S: Алит (3CaO·SiO ₂ ), C ₂ S: Белит (2CaO·SiO ₂ ), C ₃ A: Алюминат трикальция 9 0 390 0 0 O O _{2 ) и C 4 AF: браунмиллерит (4CaO · Al 2 O 3 · ​​Fe 2 O 3 ). Эти силикаты отвечают за механические свойства цемента, тогда как трехкальциевый алюминат и браунмиллерит ответственны за образование жидкой фазы в процессе спекания клинкера при высокой температуре. Алит и белит гидратируются с образованием гидратов силиката кальция (C-S-H), извести (C-H) и тепла: этот гидрат силиката кальция в основном способствует механической прочности цементного теста, например, увеличению прочности и долговечности бетона.}

 

 

 

 

Снова добавление некоторых дополнительных вяжущих материалов, таких как гипс, известняк, шлак, зола-уноса, печная зола и т. д. за пределами определенного предела вызывает наблюдаемые/ненаблюдаемые фазовые изменения, такие как цвет, текстура, фазовый рисунок , термическая природа, механическая прочность, реактивность, которые, в свою очередь, могут ухудшить качество цемента и даже привести к разрушению конструкции. Поэтому анализ фазового состава цемента-клинкера является актуальной задачей.

Здесь были проведены методы порошковой рентгенографии и термогравиметрии для быстрой интерпретации анализа их фазового состава и соответствующих воздействий. Для этих целей в качестве репрезентативных были отобраны три образца клинкера вместе со стандартным сертифицированным эталонным материалом (SRM 2688) и три образца коммерческого цемента.

Результаты и обсуждение

Рисунок 1: Порошковая рентгенограмма различных образцов клинкера.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 2: Comparative powder X-ray diffraction pattern of different commercial образцы цемента вместе с другими компонентами.

 

 

 

 

 

 

 

Figure 3: Characteristic thermal decomposition and X-ray diffraction pattern of commercial cement sample A.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4: Характеристика термического разложения и рентгенограмма образца товарного цемента B.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 5: Characteristic thermal decomposition and X-ray diffraction pattern of commercial cement образец С.

• порошковые рентгеновские дифракции различных образцов клинкера, как показано на рисунке 1, показывает наличие фундаментальных минеральных дифракционных дифракций, таких как аэл. трикальций алюминат во всех образцах. Наличие незначительного количества извести можно наблюдать и в случае товарных образцов клинкера. Это может быть связано с неполным превращением сырья в клинкер в печи в процессе его производства.
• Сравнительное дифракционное исследование различных образцов коммерческого цемента, как показано на Рисунке 2, показывает наличие характерных пиков различных компонентов, таких как гипс и доменный шлак, наряду с основным компонентом клинкера в составе цемента.
• Характерные рентгеновские пики гипса, кальцита, доломита и портландита можно четко наблюдать в различных коммерческих образцах цемента, которые могут быть дополнительно подтверждены исследованиями термического разложения, как показано на рис. 3-5. Заметное присутствие портландита, выделенное на рентгенограмме цемента С, указывает на ухудшение качества этого цемента.

Заключение:

• Анализ фазового состава, определение дополнительных вяжущих добавок и общий анализ чистоты портландцемента крайне важны, поскольку он является ключевым ингредиентом для любого вида каменной кладки.