Белит — промышленный минерал, важный в производстве портландцемента . Его основной составляющей является двухкальциевый силикат Ca 2 SiO 4 , иногда формулируемый как 2 CaO · SiO 2 (C 2 S в обозначениях химика-цементиста ).
Название было дано Тёрнебомом в 1897 году кристаллу, обнаруженному при микроскопическом исследовании портландцемента. [1] Белит – это название, широко используемое в цементной промышленности, но не признанное название минерала. В природе он встречается как минерал ларнит , название которого происходит от Ларна , Северная Ирландия , ближайшего к Скот-Хиллу города , где он был обнаружен. [2]
Белит, содержащийся в портландцементе, по составу отличается от чистого дисиликата кальция . Это твердый раствор , который помимо CaO и SiO 2 содержит незначительные количества других оксидов . 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 варьируется в зависимости от объемного состава клинкера с соблюдением определенных ограничений. Замещение ионов кальция или ортосиликат-ионов требует поддержания баланса электрических зарядов. Например, ограниченное количество ортосиликата ( SiO4−
4) ионы можно заменить сульфатом ( SO2−
4) ионы, при условии, что на каждый сульфат-ион приходится два алюмината ( AlO5−
4) ионы также замещены.
Дикальцийсиликат стабилен и легко получается из реакционноспособных CaO и SiO 2 при 300 °C. Низкотемпературная форма — γ-белит, или известковый оливин . Эта форма не гидратируется, и ее следует избегать при производстве цемента.
С повышением температуры он проходит через несколько полиморфных состояний:
Белит – это минерал портландцемента, ответственный за развитие «поздней» прочности . Другой силикат, алит, обеспечивает «раннюю» прочность из-за своей более высокой реакционной способности. Белит реагирует с водой (приблизительно) с образованием гидратов силиката кальция (CSH) и портландита (Ca(OH) 2 ) по реакции:
Эта быстрая реакция является «химическим аналогом» медленной естественной гидратации форстерита (магниевого концевого члена оливина ), приводящей к образованию серпентина и брусита в природе, хотя кинетика гидратации плохо кристаллизованного искусственного белита намного быстрее, чем кинетика гидратации плохо кристаллизованного искусственного белита. медленное выветривание хорошо кристаллизованного маголивина в природных условиях.
Гидратная фаза [3 CaO · 2 SiO 2 · 3 H 2 O] называется фазой « CSH ». Он растет как масса переплетенных иголок, обеспечивающих прочность гидратированной цементной системы. Относительно высокая реакционная способность белита желательна при производстве портландцемента, и необходимо строго избегать образования нереакционноспособной γ-формы. Это достигается за счет быстрого охлаждения, в результате которого образуются маленькие, искаженные и сильно дефектные кристаллы. Дефекты создают места для первоначальной атаки воды. Отсутствие охлаждения клинкера быстро приводит к обращению белита в γ-форму. γ-форма имеет существенно другую структуру и плотность, поэтому инверсия приводит к деградации кристалла и окружающей его матрицы, а также может спровоцировать разложение соседнего алита . Макроскопически это наблюдается как «пыление»: конкреции клинкера рассыпаются в 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 данном примере клинкерный узелок был отполирован и протравлен парами фтористого водорода . Алит показан коричневым, белит — синим, а фазы расплава — белым. Также можно использовать электронную микроскопию , в этом случае минералы можно идентифицировать с помощью микрозондового анализа. Предпочтительным методом точного количественного определения минералов является дифракция рентгеновских лучей на порошкообразном клинкере с использованием метода анализа Ритвельда . Белит гораздо труднее измельчить на цементной мельнице , чем алит.
