И методы идентификации фаз
Прочностные свойства цемента зависят не только от минералогического состава клинкера, но и от его структуры. Оптимизация структуры клинкера без изменения его фазового состава может обеспечить повышение прочности цемента на 9-10 МПа.
Гранулы цементного клинкера представляют собой спекшийся конгломерат, состоящий из гексагональных пластин алита, округлых кристаллов белита и промежуточного вещества, которое образовалось из расплава и включающего, в свою очередь, алюмоферриты кальция, прямоугольные кристаллы С3А или призматические NC8A3, а также клинкерное стекло.
Клинкер является пористым материалом, количество пор находится в пределах 10-30%.
Различают следующие три типа микроструктуры клинкера:
- гломеробластическая, в которой кристаллы С3S и С2S чередуются в виде групповых скоплений различной величины;
- монадобластическая, характерной особенностью которой является равномерное распределение кристаллов алита и белита, имеющих четкую огранку;
- зональная, отличающаяся послойным распределением клинкерных кристаллов.
Второй тип структуры клинкера, т. е. монадобластическая, обеспечивает самую высокую прочность цемента. Однако для этих целей необходимо обжиг цементного клинкера вести по строго оптимальному режиму, а сырьевая смесь должна иметь соответствующий состав.
Зональная структура в промышленных клинкерах, получаемых во вращающихся печах, как правило, не встречается.
Существенное влияние на свойства цемента оказывают также размер и форма кристаллов отдельных клинкерных минералов. Наилучшие свойства достигаются, когда минералы в клинкере являются мелкими (в пределах нескольких десятков микрометров) с четкими гранями. Такая структура формируется при быстром охлаждении клинкера. При относительно медленном его охлаждении образуются сростки кристаллов, идет их рекристаллизация, а алит может даже распадаться.
На форму и размер кристаллов клинкерных фаз существенно влияют модифицирующие добавки. Для получения клинкера оптимальной структуры необходимо:
- обеспечить однородность сырьевой смеси;
- исключить попадание в сырьевую смесь большого количества песка;
- осуществлять тонкий помол сырьевых материалов;
- использовать беззольное топливо;
- обжиг клинкера вести с высокой скоростью нагрева, а охлаждение – предельно интенсивно.
Контроль качества клинкера ведут с помощью различных методов, важнейшими и наиболее распространенными из них являются следующие.
Химический, заключающийся в последовательном растворении клинкера в борной и уксусной кислотах. В борной кислоте растворяются силикаты кальция, а в уксусной - алюминаты. В фильтратах определяют содержание СаО, а затем, зная содержание SiO2 и Аl2О3, рассчитывают количество С3S, С2S, С3А и С4AF.
Затем расчетным методом по В. А. Кинду и С. Д. Окорокову с помощью эмпирических уравнений определяют содержание алита и белита.
С3S = 4,07C - 7,6S - 6,72A - 1,42F;
С2S = 8,6S + 5,07A + 1,07F - 3,07C,
где С и S соответственно содержание связанных СаО и SiO2 в клинкере; А и F - содержание Al2O3 и Fe2O3.
Процентное содержание алюминатов и алюмоферритов в зависимости от величины глиноземного модуля (р) рассчитывают так:
С4AF = 3,04F; С3A = 2,65 (A - 0,64F) при р ³ 0,64;
С4АF = 1,10А + 0,70F при р £ 0,64.
Весьма информативным методом является оптическая микроскопия, или петрография. С помощью этого метода можно сделать не только качественную, но и количественную оценку клинкера относительно содержания отдельных минералов. Следует отметить, однако, что этот метод требует большого опыта и навыков у исследователя.
Рентгенофазовый метод, так же как и петрография, позволяет дать качественную и количественную характеристику клинкера, но, будучи экспрессным, по своей сути получил значительно большее распространение. С помощью этого метода можно идентифицировать клинкерные минералы при их содержании в следующих количествах (мас. %): С3S > 3; С2S > 5-6; С3А > 1. В ряде случаев анализ на С3S и С2S затруднен из-за близости основных рефлексов на рентгенограммах.
В последнее время в исследовательской практике стал широко использоваться микрорентгеноспектральный метод идентификации клинкерных фаз, который, по существу, сочетает в себе электронную микроскопию и рентгенодисперсионый анализ их элементного состава. Площадь электронного зонда не превышает 2 мкм, что позволяет определять элементный состав кристаллов, в том числе мелкокристаллических фаз.
Дата добавления: 2015-06-17; просмотров: 1534;