Цементный клинкер является промежуточным продуктом, образующимся при нагревании смеси глины и известняка (соотношение этих компонентов 1:3 или 1:4) или других веществ, имеющих сходный состав. Реакция идет при температуре 1450 °C, причем смесь частично плавится, а затем образуются гранулы. Этот процесс впервые описал французский ученый Луи Вика в начале 19 века (1817 год).
Производство цемента
Полученные после нагревания исходных материалов гранулы применяются для получения цемента. Для этого их смешивают с некоторым количеством гипса (примерно 5%), а затем полученную массу перемалывают в порошок. Точное соотношение компонентов зависти от процентного содержания SO3 в гранулах.
Добавление гипса позволяет управлять скоростью схватывания смеси. Иногда этот материал заменяют другими видами кальциевого сульфата.
При перемалывании исходных компонентов в порошок добавляют другие вещества. Их выбирают в зависимости от требуемых технических характеристик конечного продукта. Что такое клинкер цементный, можно понять, если рассмотреть его типичный состав.
В гранулы входят следующие химические соединения:
- оксид кальция — 66-67%;
- диоксид кремния — 21-22%;
- оксид алюминия — 4-5%;
- трехвалентный оксид железа — до 3%.
Количество других присадок колеблется в пределах 3-6%.
Четыре главные фазы клинкера
Для получения высокого качества цемента клинкер должен состоять из 4 компонентов, которые войдут в гранулы в нужном процентном количестве.
Соотношение минералов при производстве клинкера.
Алит
Наиболее важным компонентом является силикат, состоящий из тройного количества оксида кальция, смешанного с диоксидом кремния. Его процентное содержание в клинкере колеблется в пределах 52-68%. Силикат отличается от подобных ему составов за счет введения в кристаллическую решетку ионов магния, алюминия и железа.
Главное свойство алита — быстрая реакция с водой. Это свойство позволяет резко увеличить прочность цементной смеси на всех ее фазах. Наиболее важный вклад алит вносит при получении 28-суточной прочности образующегося продукта.
Белит
В нормальном клинкере содержание этой фазы колеблется в пределах 14-31%. Она является силикатом, состоящим из двойного количества кальциевого оксида, смешанного с диоксидом кремния. Кристаллическая решетка этого вещества изменена ионами различных металлов до β-модификации.
Белит практически не реагирует с водой, поэтому не может оказать влияние на прочность первые 28 дней, но затем вносит большой вклад в формирование прочностных характеристик продукта.
Алит и белит в чистом виде через 12 месяцев приобретают практически одинаковую прочность.
Алит и белит в смешанном виде.
Алюминатная фаза
Содержание ее в гранулах составляет 4-11% в нормальном клинкере. Она является силикатом, содержащим утроенное количество оксида кальция, смешанного с оксидом алюминия. В кристаллическую решетку этого соединения вкраплены ионы кремния, калия, железа и натрия.
Алюминатная фаза хорошо взаимодействует с водой. Она может ускорить нежелательное схватывание, если в смесь забыли добавить такой регулирующий элемент, как гипс.
Алюмоферритная фаза
В нормальном клинкере процентное содержание этой фазы колеблется от 5 до 15%.
Она является смесью следующих веществ:
- учетверенное количество кальциевого оксида;
- трехвалентный железный оксид;
- оксид алюминия.
Кристаллическая решетка этого соединения может изменяться в широких пределах при внесении в нее инородных ионов и подборе соотношения Al/Fe. Скорость реагирования этой фазы с водой на начальном этапе достаточно высокая, но ее можно изменять подбором соответствующих компонентов.
В последующий период реакция этой фазы с жидкостью замедляется, достигнув промежуточного значения между скоростями белита и алита.
Вместе с этими фазами в клинкере присутствуют и другие примеси, например, оксид кальция и различные щелочные сульфаты. Но их количество по сравнению с основными компонентами небольшое, поэтому они не могут оказать существенного влияния на прочностные характеристики клинкера.
