Расчетный минералогический состав клинкера

Химический анализ позволяет установить состав оксидов, входящих в клинкер и цемент. P. X. Богг [13] разработал метод расчета, по которому на основе данных химического анализа может быть рассчитано содержание клинкерных минералов, прежде всего C3S, C2S, — СзА и C4AF. Необходимо отметить, что Богг назвал состав клинкера, определенный с помощью этого метода, «потенциальным» (расчетным) составом. Здесь поня­тие «расчетный» подразумевает возможный, но не фактический состав, и поэтому расчетный состав, найденный по методу Бог — га, не идентичен фактическому минералогическому составу клинкера.

Применение расчетного метода Богга получило широкое распространение благодаря наглядности при определении со­става клинкера и возможности предсказания свойств цемента. Этот метод расчета уже включен в стандарты на цемент, дейст­вующие в США, СССР и многих других странах. Однако стан­дарты на цемент в США содержат указание, согласно которому ограничения, накладываемые на расчетное содержание соеди­нений, не требуют, чтобы присутствующие оксиды полностью входили в состав этих соединений [14].

Если содержания оксидов CaO, Si02, А120з, Fe203 обозна­чить буквами а, Ь, с, d, а соединений C3S, C2S; С3А, C4AF — буквами w, х, у, z, то можно провести соответствующие расче­ты. Но прежде необходимо отметить, что C3S содержит 73,69% СаО и 26,31% Si02, a C2S содержит 65,12% СаО и 34,88% Si02. Составы С3А и C4AF приведены в табл. 1.6.1.

Теперь с учетом табл. 1.6.1 можно сказать, что в смеси из четырех соединений количество СаО в C3S равно 0,7369 про­центного содержания C3S; количество СаО в C2S равно 0,6512 процентного содержания C2S и т. д. Общее количество СаО равно сумме этих значений:

А = 0,736Јto — j — 0,6512-ї + 0,6227і/ + 0,4616г;

6 = 0,2631^ +0,3488*;

Таблица 1.6.1

Символ

Формула

С, S (w)

CjS (x)

CjA (y)

CiAF (2)

А

СаО

0,7369

0,6512

0,6227

0,4616

Ь

SiO.

0,2631

0,3488

С

АіД

0,3773

0,2098

D

Fe2Os

■—

0,3286

С= 0,3773і/ +0,2098г; d = 0,3286г.

Отсюда находим значения w, х, у, г:

W = 4,071а — 7,6006 — 6,718с — 1,430ji; х = 8,6026 + 5,068с — 3,071а + 1,078 d; у= 2,650с + 1,692d; г = 3,043d.

После подстановки оксидов и соединений вместо обозначаю­щих их букв получаем:

C3S = 4,071 СаО — 7,600 Si02 — 6,718 А1203 — 1,430Fe203;

С2 S = 8,602 Si02 + 5, Об8А12Оз + 1,078Fe203 — 3,071 СаО =

= 2,867 Si02 — 0,7544C3S;

С3А = 2,650 А1203 — 1,692Fe203;

C4AF = 3,043 Fe203.

Соединения в других системах могут быть рассчитаны ана­логичным образом. Практически встречаются следующие клинкерные фазы: ,

№ 1 — обыкновенный цемент……………………………. C3S+C2S-f c3a+c4af

№ 2 — цемент, богатый окислами желе­за…… C3S+C2S+C4AF+C2F

№ 3 —цемент, богатый известью. . ………….. CaO+C3S+C3A+C4AF № 4 — цемент, богатый известью и окис­лами железа………………………………………………………………. CaO+C3S+C4AF+C2F

В СССР применяется другой способ расчета минералогиче­ского состава на основе формулы Кинда[3], определяющей насы­щение известью (см. также разд. 1.8.1):

СаО — (1,65А1203 + 0,35 Fe2Q3) 2,8Si02

C3S = 3,8Si02(3KSK — 2); C2S = 8,6 Si02 (1 — KSK);

C4AF = 3,04Fe203;

C3A = 2,65 (А120з — 0,64Fe203) • Браун 117] в работе по исследованию свойств цемента опреде^ лил с помощью микроскопии минералогический состав различ­ных клинкеров и одновременно произвел расчеты по методу Богга. В табл. 1.6.2 приведены расхождения в результатах оп­ределения минералогического состава клинкеров, полученных Брауном.

Таблица 1.6.2. Содержание клинкерных минералов, определенное с помощью микроскопии и расчетным путем

№ клинкера

C3s

C, s

С3а

C4af

М

В

М

В

М

В

М

В

11

57,7

55,1

12,8

19,4

5,4

12,6

2,8

7,3

18

60,3

48,9

16,9

26,3

6,3

14,0

3,9

6,6

33

70,2

63,5

4,2

12,4

10,0

11,2

4,3

7,9

51

39,6

46,7

44,5

36,5

1,0

4,0

6,3

9,8

М — значение получено с помощью микроскопии; В — значение рассчитано по методу P. X. Богга.

Как видно из формулы, гидравлический модуль цемента характеризуется отношением содержания СаО к сумме «гидрав­лических факторов» Si02, AI2O3 и Fe203. Обычно НМ находит­ся в пределах 1,7—2,3. Установлено, что с увеличением НМ тре­буется больше тепла для обжига клинкера, возрастают проч­ность цемента (особенно начальная) и теплота гидратации и снижается химическая стойкость. Гидравлический модуль ис­пользуют еще и сейчас. Позднее для лучшей оценки цемента ввели силикатный и глиноземный модули, которые до некоторой степени дополняют гидравлический модуль.

1.7.2. Силикатный модуль представляет собой отношение по массе Si02 к сумме А1203 и Fe203:

Si02

SM =—————— .

А120з + Fe203

Силикатный модуль обычно находится в пределах 1,9 — 3,2. Наиболее благоприятные значения силикатного модуля распо­ложены в интервале 2,2—2,6. Также встречаются и более высокие значения силикатного модуля, например 3—5, а иног­да и выше; такие модули характерны для цементов с высоким содержанием кремнезема и для белых цементов. Наряду с этим встречаются и низкие значения силикатного модуля, например 2—1,5. С ростом силикатного модуля ухудшается способность клинкера к обжигу при снижении содержания жидкой фазы; вероятность образования обмазки в печи незначительна. Кроме того, рост силикатного модуля является причиной замедления схватывания и твердения цемента. При уменьшении силикатно­го модуля возрастает содержание жидкой фазы; это обуслов­ливает хорошую «обжигаемость» клинкера и образование об­мазки в печи.

1.7.3. Кремнеземный модуль. Отношение Si02/Al203 названо Мусгнугом кремнеземным модулем. При обжиге клинкера во вращающихся печах в зоне спекания создаются благоприятные условия для образования обмазки, когда указанное отношение находится в пределах 2,5—3,5 и одновременно величина глино­земного модуля лежит в интервале 1,8—2,3. Кремнеземный мо­дуль нельзя смешивать с силикатным модулем, рассмотренным выше.

1.7.4. Глиноземный модуль характеризует цемент с помощью массового отношения глинозема к оксиду железа:

Тм =

Fe203

Обычно глиноземный модуль находится в пределах 1,5—2,5. Цементы с высоким содержанием глинозема имеют ТМ, равный 2,5 и более. Глиноземный модуль цементов с низким содержа­нием глинозема не превышает 1,5 (так называемые ферроце — менты). Глиноземный модуль имеет решающее значение при определении содержания жидкой фазы в клинкере. Если ТМ = = 0,637, то выдерживается молекулярное соотношение между обоими оксидами и в клинкере может образоваться только четы — рехкальциевый алюмоферрит 4САО-Al203-Fe203; поэтому, по расчету, клинкер не может содержать трехкальциевого алюмина­та ЗСа0-А1203. Такой случай имеет место в так называемом це­менте Феррари, который отличается низкой теплотой гидрата­ции, медленным схватыванием и малой усадкой. Высокий гли­ноземный модуль при низком силикатном модуле характерен для быстросхватывающихся цементов, в которые приходится до­бавлять значительное количество гипса для регулирования сроков схватывания.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *