Белит

Белит - фаза двухкальциевого силиката (C₂S) существует в четырех модификациях α, α', β и γ. α-C₂S кристаллизуется из расплава при 2403 К и устойчив до температуры 1720 К, при которой переходит в α'-C₂S. Плотность кристаллов α-C₂S, выделенных из шлака, со­ставила 3,04 г/см³.

α'-C₂S при нагревании начиная от γ  модификации устойчив в пределах 1123-1720 К. При охлаждении до 978 К происходит переход α' в β-C₂S.

α'-C₂S отличается от других модификаций ортосиликата своей высокой плотностью, составляющей 3,4 г/см³.

β-C₂S образуется при охлаждении α'-C₂S. Эту моди­фикацию рассматривают как метастабильную; чистый β-C₂S при охлаждении до 793 К переходит в γ  модификацию; при содержании в кристаллической решетке при­месей β -C₂S стабилизируется и перехода не происходит, либо он затягивается на неопределенное время. Плот­ность этой модификации белита - 3,28 г/см³.

γ -C₂S - наиболее стабильная модификация ортосиликата кальция, она образуется только в результате ох­лаждения других высокотемпературных модификаций этого минерала; ее плотность - 2,97 г/см³. Кристалличе­ские решетки всех модификаций ортосиликата кальция построены из изолированных тетраэдров (SiO₄) и ионов Са²⁺. Структуру C₂S рассматривают в основном как образованную совокупность цепочек, сложенных из взаимно чередующихся ионов кальция и тетраэдров (SiO₄). У α-C₂S отмечается высокая координация ионов кальция по кислороду с последующим уменьшением при понижении температуры, при которой образуются другие модификации.

При переходе высокотемпературных модификаций C₂S в устойчивую низкотемпературную модификацию γ-C₂S двухкальциевый силикат обычно рассыпается в порошок. Это объясняется тем, что более плотная модификация β-C₂S переходит в γ-C₂S с плотностью 2,97, что приводит к увеличению объема примерно на 10%. В связи с низкой гидравлической активностью γ-C₂S необ­ходима стабилизация модификации β-C₂S с тем, чтобы предотвратить се переход в γ-C₂S. Стабилизация β-C₂S может быть достигнута обычно, если этот мине­рал находится в плотной застывшей жидкой фазе, пре­пятствующей объемным изменениям при охлаждении ми­нерала β-C₂S и переходе его в γ-C₂S. Стабилизация до­стигается также путем исключительно быстрого и резко­го охлаждения, при котором происходит фиксация высо­котемпературных модификации C₂S (α, α', β) из-за недо­статка времени для внутрикристаллических изменений. Стабилизация β-C₂S происходит тогда, когда вво­дятся (или уже имеются в исходных сырьевых материа­лах) такие примеси, которые в виде твердых растворов входят в кристаллическую решетку и тем самым стаби­лизируют эту модификацию; количество примесей около 6%. Среди них имеются стабилизаторы, способствующие заметному повышению гидравлической активности C₂S и, наоборот, вызывающие при известных концентрациях ее снижение. Стабилизаторами могут быть не только оксиды, но и ортосиликаты магния, железа, калия, мар­ганца и ряда редкоземельных металлов. К ним относятся оксиды бора, хрома, фосфора, бария и др. Была выявле­на стабилизирующая роль небольших количеств щело­чей и оксида кальция.

Известно соединение К₂O∙23СаO∙12SiO₂, получаю­щееся в результате взаимодействия калиевой щелочи с ортосиликатом кальция; предполагают, что щелочь вхо­дит в виде твердого раствора в состав двухкальциевого силиката. В случае появления при восстановительном обжиге углерода, он благодаря высоким диффузионным свойствам может входить в решетку C₂S и тем самым предотвращать переход в γ модификацию. Однако пока­зано, что в восстановительных условиях обжига образу­ющийся оксид железа (II) вызывает рассыпание синте­тического C₂S, характерное для процесса образования γ-C₂S.

Наиболее эффективна при низких температурах ста­билизации                β-С₂S с помощью комбинированных добавок: оксидов фосфора, бария и бора. При применении комби­нированных добавок повышается степень разрыхления кристаллов двухкальциевого силиката, что способствует увеличению запаса потенциальной энергии И соответственно гидравлической активности β-двухкальциевого силиката. При этом температура стабилизации заметно снижается.

Таким образом, белит представляет собой β-модификацию двухкальциевого, в кристаллическую решетку которого входят различные оксиды - В₂O₅, Р₂O₅, Na₂O и А1₂O₃ и др., причем возможно, что в состав белитовой фазы входит также некоторое количество стабилизованной γ-модификации     двухкальциевого силиката.

С.М. Рояк, Г.С. Рояк, Специальные цементы, М.: Стройиздат, 1983