Основные клинкерные минералы – это кальциевые соли слабых кислот (кремневой, алюминиевой и железной). В составе клинкерных минералов Al и Fe обладают амфотерными свойствами.
Минералы силикаты – трехкальциевый силикат 3CaO·SiO2 (С3S) и двухкальциевый силикат 3CaO·SiO2 (С2S).
Минералы - плавни – трехкальциевый алюминат 3CaO·Al2O3 (C3A) и четырехкальциевый алюмоферрит 3CaO·Al2O3·Fe2O3 (C4AF).
В силикатной промышленности для удобства написания формул приняты сокращенные обозначения: СаО – С; SiO2 - S; Al2O3 – А; Fe2O3 - F.
Различают расчетный минералогический состав и фактический (фазовый) состав клинкера.
Расчетный минералогический состав предполагает образование соединений в соответствии с формулами трекальциевого силиката 3CaO·SiO2 (С3S); двухкальциевого силиката 3CaO·SiO2 (С2S), трехкальциевого алюмината 3CaO·Al2O3 (C3A) и четырехкальциевого алюмоферрита 3CaO·Al2O3·Fe2O3 (C4AF). Расчет проводится по результатам химического анализа клинкера, определяющим содержание отдельных оксидов по формулам Богга:
3СаО·SiO2=4.07(CaO-CaOсв) – 7,6(SiO2- SiO2св)-6,7 Al2O3-1.42Fe2O3
2 СаО⋅SiO2=8.6 SiO2 +5.07 Al2O3+1.07 Fe2O3 – 3.07 CaO
3СаО· Al2O3 =2.65(Al2O3-0.64 Fe2O3)
4СаО·Al2O3 Fe2O3=3.04 Fe2O3
R2O=Na2O+0.65K2O
Фактический (фазовый) состав клинкера рассматривают как фазы и соединения переменного состава. Состав алита и белита рассматривают с позиций образования твердых растворов. Так при кристаллизации трехкальциевого силиката мольное отношение СаО/SiO2 может достигать 3,13. А при кристаллизации двухкальциевого силиката СаО/SiO2>2,4. Кроме этого в кристаллическую решетку этих соединений могут внедряться примесные элементы, такие как Mg, Na, Fe, Al,
Поэтому, фазу трехкальциевого силиката с примесями MgO и Al2O3 называют алитом.
Для двухкальциевого силиката характерен полиморфизм в зависимости от температуры устойчивости и примесных оксидов, входящих в решетку. Фазы, которые входят в состав клинкера (α-C2S и β- C2S) называют белитом.
Установлены фазы C3A, которые кристаллизуются в кубической и орторомбической форме. Эти фазы определяют скорость образования эттрингита и тем самым, скорость потери подвижности и совместимость цемента с пластифицирующими добавками, вводимыми в бетонные смеси.
Минерал C4AF (браунмиллерит) один из составов серии твердых растворов алюминатов в ферритах. Состав алюмоферритной фазы в клинкере определяется режимом охлаждения клинкера и отношением Al2O3/Fe2O3. В промышленных клинкерах у алюмоферритной фазы соотношение Al2O3/Fe2O3 колеблется в пределах от 2,2 до 2,3 и имеет состав, находящийся в пределах C6AF2- C6A2F. Алюмоферритная фаза промышленных клинкеров может содержать до 3 мас.% K2O, 4% MgO и 7% SiO2.
Фактический минералогический состав клинкера зависит от:
- сырьевых компонентов и наличия примесных оксидов в составе сырьевой шихты;
- коэффициента насыщения КН и модульных характеристик;
- способа производства (мокрый, сухой, комбинированный);
- тонкости помола сырьевых компонентов;
- режима обжига и охлаждения клинкера.
Фактический минералогический (фазовый) состав определяют методами:
- петрографического анализа (микроструктура клинкера, размеры и форма кристаллов алита и белита, пористость, расположение кристаллов);
- рентгенофазового анализа (фазовый качественный состав);
- дифракционным методом (фазовый количественный состав).
Примеры определения фазового состава:
1. Петрографический метод – подсчет количества зерен алита и белита;
2. Фазовый состав клинкера по результатам рентгенофазового метода (качественный метод);
3. Фазовый состав клинкера по результатам дифракционного анализа (количественный метод).
Следует отметить, что в паспорте качества, который выдается на каждую партию цемента, указывается расчетный минералогический состав.
