Химический и минералогический составы глиноземистого цемента
Химический состав. В отличие от ПЦ, химический состав которого представлен в основном известью и кремнеземом, глиноземистый цемент, кроме оксидов кальция и алюминия, содержит в небольших количествах также оксиды железа, титана, магния и др. Содержание оксидов в глиноземистом цементе характеризуется большими колебаниями, чем в портландцементе, и определяется способом производства клинкера (шлака), а также качеством применяемого сырья. За рубежом путем спекания или плавления в электродуговых печах выпускаются цементы, содержащие Fе2O3 до 16 мас.%.Химический состав цемента − важная характеристика, указывающая на его качество.
Оксид алюминия является основным оксидом, обеспечивающим образование алюминатов кальция. Для получения высокоглиноземистых цементов содержание Al2O3 в смеси должно быть не менее 60%. С увеличением количества оксида алюминия в цементе огнеупорность цемента повышается.
Оксид кальция входит в состав почти всех минералов цемента. Его количество наряду с содержанием Al2O3 обусловливает тот или иной минералогический состав цемента. В глиноземистом цементе содержание СаО составляет 38−42%, в высокоглиноземистом – 16−35%. Снижение количества СаО менее 16% предопределяет низкую прочность цементного камня. Содержание СаО в высокоглиноземистом цементе свыше 35% обусловливает образование, наряду с низкоосновными минералами, высокоосновного алюмината кальция состава С12А7(12СаО • 7Аl2О3).
Оксиды железа присутствуют в высокоглиноземистом цементе в виде Fe2О3 и FeO. Наличие того или иного соединения, а также их соотношение в цементе зависят от характера газовой среды в печи при спекании или плавлении сырьевой смеси.Однако наличие оксидов железа в высокоглиноземистом цементе вообще нежелательно: в их присутствии снижается огнеупорность цемента, а также ухудшаются технические свойства цементного камня в процессе его службы в составе жаростойкого бетона.
Диоксид кремния также отрицательно влияет на качество цемента вследствие образования негидратирующегося цемента 2СаО•А12Оз•SiO2. Более высокой прочностью обладает глиноземистый цемент, в котором содержание SiO2 менее 10%. Если СаО в составе цемента меньше 31%, то даже при небольшом содержании SiO2 (~6%) прочность цемента будет невысокой.Отношение Al2O3/SiO2 является важнейшей характеристикой состава глиноземистого цемента. При Al2O3/SiO2 = 2 качество глиноземистого цемента низкое.В связи со сказанным количество SiO2 в составе высокоглиноземистых цементов ограничивается 5%, а в особочистом высокоглиноземистом цементе − 1%.
Оксид магния понижает температуру плавления и вязкость высокоглиноземистого расплава. С увеличением содержания оксида магния в цементе свыше 2% образуется магнезиальная шпинель MgO · А12Оз, что отрицательно сказывается на активности цемента.
Диоксид титана в высокоглиноземистых цементах присутствует в очень незначительном количестве (менее 0,2%) за исключением цементов, получаемых из шлаков ферротитанового производства.
Система СаО − А12О3. Впервые была изучена Ранкиным и Гангом. В последующих работах предложенная ими фазовая диаграмма изменялась.