Белит — промышленный минерал , важный в производстве портландцемента . Его основным компонентом является дикальциевый силикат, Ca2SiO4 , иногда формулируемый как 2CaO·SiO2 ( C2S в обозначении химиков-цементистов ).
Название было дано Тёрнебомом в 1897 году кристаллу, идентифицированному при микроскопическом исследовании портландцемента. [1] Белит — это название, которое широко используется в цементной промышленности, но не является признанным названием минерала. Он встречается в природе как минерал ларнит , название происходит от Ларна , Северная Ирландия , ближайшего города к Скаут-Хилл , где он был обнаружен. [2]
Белит, содержащийся в портландцементе, отличается по составу от чистого дикальциевого силиката . Он представляет собой твердый раствор и содержит незначительные количества других оксидов, помимо CaO и SiO 2 . Типичный состав: [3]
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 меняется в зависимости от основного состава клинкера , с учетом определенных ограничений. Замещение ионов кальция или ионов ортосиликата требует, чтобы электрические заряды поддерживались в равновесии. Например, ограниченное количество ортосиликата ( SiO4−
4) ионы могут быть заменены сульфатом ( SO2−
4) ионов, при условии, что на каждый сульфат-ион приходится два алюмината ( AlO5−
4) ионы также замещены.
Дикальциевый силикат стабилен и легко готовится из реактивных CaO и SiO 2 при 300 °C. Низкотемпературная форма — γ-белит, или известковый оливин . Эта форма не гидратируется и избегается в производстве цемента.
При повышении температуры он проходит через несколько полиморфных состояний:
Белит — это минерал в портландцементе, отвечающий за развитие «поздней» прочности . Другой силикат, алит, способствует «ранней» прочности из-за его более высокой реакционной способности. Белит реагирует с водой (приблизительно) с образованием гидратов силиката кальция (CSH) и портландита (Ca(OH) 2 ) в соответствии с реакцией:
Эта быстрая реакция является «химическим аналогом» медленной естественной гидратации форстерита (магниевого конечного элемента оливина ), приводящей к образованию серпентина и брусита в природе, хотя кинетика гидратации плохо кристаллизованного искусственного белита намного быстрее, чем медленное выветривание хорошо кристаллизованного Mg- оливина в естественных условиях.
Гидратная фаза, [3 CaO · 2 SiO 2 · 3 H 2 O], называется фазой " CSH ". Она растет как масса взаимосвязанных игл, которые обеспечивают прочность гидратированной цементной системы. Относительно высокая реакционная способность белита желательна в производстве портландцемента , и образование нереакционноспособной γ-формы должно быть строго исключено. Это достигается быстрым охлаждением, образуя кристаллы, которые являются маленькими, искаженными и сильно дефектными. Дефекты создают места для первоначальной атаки воды. Неспособность быстро охладить клинкер приводит к инверсии белита в γ-форму. γ-форма имеет существенно другую структуру и плотность, так что инверсия приводит к деградации кристалла и его окружающей матрицы, а также может вызвать разложение соседнего алита . Это наблюдается макроскопически как "пыление": клинкерные узелки распадаются на мелкую пыль .
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 конкремент был отполирован и протравлен парами фтористого водорода . Алит выглядит коричневым, белит — синим, а фазы расплава — белыми. Также можно использовать электронную микроскопию , в этом случае минералы можно идентифицировать с помощью микрозондового анализа. Предпочтительным методом точного количественного определения минералов является рентгеновская дифракция на порошкообразном клинкере с использованием метода анализа Ритвельда . Белит гораздо сложнее измельчать в цементной мельнице , чем алит.
