Фазы портландцементного клинкера
В состав рядового портландцементного клинкера входят, % по массе: СаО — 63—67; SiO2 — 20— 24; Al2O3 — 3,5—5,5; Fe2O3 — 2—5, а также примесные оксиды — MgO, Na2O, К2O, ТiO2, МgО, С2О3, SO2 и др., суммарное содержание которых колеблется в пределах 1—7 % по массе. При использовании в качестве сырьевых компонентов техногенных продуктов (шлаков, зол, хвостов обогащения, вскрышных пород и т. д.) вид и содержание примесей может существенно изменяться.
Основными фазами портландцемента клинкера являются алит, белит, трехкальциевый алюминат и алюмоферриты кальция. К числу второстепенных фаз относятся свободный оксид кальция, периклад, сульфаты, стеклофаза. Многие примесные оксиды, участвующие в формировании портландцементного клинкера, не образуют индивидуальных фаз, а входят в состав тех или иных основных либо изоморфно замещая атомы в кристаллической решетке минералов, либо образуя твердые растворы. Такие вхождения зачастую создают напряжение в структуре минералов, приводят к искажению кристаллической решетки, образованию дефектной структуры. Несоответствие зарядов (валентностей) изоморфно замещающихся атомов приводит также к вакантным химическим связям, для компенсации которых в пустоты и междуузлия кристаллической решетки внедряются дополнительные атомы или ионы примесных оксидов. Поскольку основные фазы портландцементного клинкера построены из элементов Са, Si, Al, Fe, которые обладают наибольшей (в сравнении с другими элементами периодической системы) способностью к различного рода замещениям, то их следует рассматривать как фазы переменного состава. При этом надо иметь в виду, что каждый из минералов может разместить в своей решетке лишь определенное количество примесей, зависящее прежде всего от особенностей кристаллической структуры. Эту сумму оксидов называют предельной растворимостью твердого раствора, или изоморфной емкостью [6, 7]. Одной нз причин изоморфизма является близость эффективных атомных и ионных радиусов элементов, способных к замещениям. Последствия изоморфных замещений отражаются на химических, в частности, гидратаиионных свойствах клинкерных фаз. Дефекты и искажения в кристаллической решетке минералов повышают гидравлическую активность. Таким образом, введением примесных оксидов можно оказывать легирующее воздействие на фазы портландцементного клинкера.