15. COMPOZITIA MINERALOGICA A CLINCHERULUI DE CIMENT PORTLANDStructura si compozitia mineralogic a clincherului de ciment portiand, chiar si atunci cnd au o compozitie oxidica foarte apropiata pot fi cu totul diferite n functie de modul in care s-a efectuat arderea amestecului brut, de natura mineralogica a materiilor prime, de conditiile de racire a clincherului.In urma arderii amestecului de materii prime la temperaturi ridicate (1400 - 1450 C), se formeaza, ca unnare a cornbinarii oxizilcr principal., o serie de compusi mineralogici cristalini care coexista cu faze vscoase si cu canitati mici de oxizi liberi.Principalii compusi mineralogici ai cimentului de ciment portland sunt alitul, belitul si celitul - denumiri date n perioada initials a cercetarilor n domeniul chimiei cimentului.Alitul reprezinta constituentul mineralogic majoritar, fiind principala faza cristalina dial clincherul de ciment portland care imprima proprietati de rezistenta mecanica ridicata pietrei de ciment ntarite. Se prezinta sub forma unor cristale bine formate (placi trigonale) si este constituit n principal din siiicat tricalcic - 3CaO-SiO3 alaturi de care mai apar, m cantitati mici, trioxidul de aluminiu A12O3 (2 - 6%) si oxidul de magneziu MgO (1,5 - 2%). Prezenta acestor oxizi sub forma de solutii solide cu silicatul tricalcic 3CaO-SiO2 (C3S) modifica structura si proprietatile alitului inluentnd stabilitatea si proprietatile sale hidraulice. Ponderea acestor oxizi n reteaua silicatului tricalcic depinde de cornpozitia amestecului brut, de temperatura maxima de ardere si de conditiile de racire.Beitul este una din fazele cristaline importante din clincher; se prezinta sub forma de cristale rotunjite, de culoare galbuie, a cror compozitie de baza este or to silicatul de calciu -2CaOSiO2 (C_S). Siiicatul dicalcic, 2CaO-SiO2 prezinta patra staxi polimorfe: a, a', p si 6 stabile n diferite conditii de temperatura (figura 6):Din punct de vedere hidraulic, fonnele de temperatura nalta sunt mai active, in timp ce forma y este hidraulic inactiva. Transformarea P CjS -> y QS are loc cu crestere de volunij ceea ce determina puiverizarea clincherului respectiv. ntruct transfonnarea formeior de temperatura nalta n forma y conduce la pierderea proprietatilor hidraulice evitarea acestui proces prezinta un interes practic deosebit. Forma p, cea mai reactiva din punct de vedere hidraulic, poate fi stabilizata pe cale fizica prin racire rapida (metoda folosita industrial) sau pe cale cristalochimica. Stabilizarea cristalochimic se realizeaza prin nglobarea n reteaua 2CaO-SiO2 a unor ioni ce ngreuneaza formarea si cresterea germenilor de cristalizare ai formei y; acest rol l potavea cationii cu raza ionica mai mare dect Ca2+ cum ar fi de exemplu Na+, K+, Ba2+, Sr24" sau cei care formeaza complecsi anionici mai mici dect anionul SiO/~ cum ar fi de exemplu B3*, P5+, V* Mn7+, Cr^.Complexitatea compozitiei amestecului brut pentm fahricarea clincherului asigura prezenta unor asemenea ioni si creeaza deci premisele pentru stabilizarea formei (3. CELITUL reprezinta faza cristalina interstitiara feritaluminatica din clincherul portland obisnuit; se prezinta sub forma unor cristale de culoare nchisa. Alaturi de aluminatul tricalcic 3CaO-Al2O3 si faza vitroasa (ca faze principale interstitiare) celitul constitue masa ce umple spatiile dintre cristalele de alit si belit. Aceasta are ca efect ngreunarea interactiunii alitului i belitului cu apa m timpul procesului de ntarire. ntrzierea hidratarii silicatilor de calciu depinde deci de cantitatea de faza ferit aluminatica si de reactivitatea acesteia.Celitul xeprezinta de fapt solutii solide a caror compozitie variaza in limit foarte largi de la 8CaO-3Al2O3-FeA (QA.F) la 2CaO- Fe2O3 (C2F). In clincherele bogate n Fe^ compozitia celitului tinde catre C^F, in timp ce in clincherele mai bazice ea se apropie deC4AF, pentru ca m clincherele cu continut ridicat de A12O3 celitul sa aiba compozitia aproximativa C6A2F si chiar C8A3F. Solutiile solide ferit aluminatice nglobeaza, de asemenea unii oxizi cum ar fi MgO (1-2%) sau Mn2O3.Alaturi de cei trei principali componenti mineralogici (alit, belit si celit) in clincherul de ciment portland mai apar urmatoarele faze:Masa vitroasa - reprezinta resturi de topitura care nu a cristalizat datorita racirii rapide;cantitatea de faza vitroasa depinde de temperatura de clincherizare si de viteza de racire.Aluminatul tricalcic, 3CaO-A\2O3 (C3A) - apare sub forma de cristale cubice in clincherelebogate in alumina;Oxidul de calciu liber, CaOllber - apare in cazul unei arderii necorespunzatoare sau in cazulunui dozaj necorespunztor al materiilor prime. Se prezinta sub forma unor cristale cubiceman si infhienteaza negativ calitatea clincherului, ca urmare a inconstantei de volum pecare o determina hidratarea ntrziata a acestui var supraars m piatra de ciment in curs denarire.Oxidul de magneziu, MgO poate fi prezent m clincher daca n materiile prime acesta seafla n proportie mai mare de 4%. Are un efect asemanator CaO^^.compusii ce contin oxizi alcalini si sunt de nedorit n clincher, motiv pentru carecontinutul de alcalii din amestecul brut este limitat la maximum 1-2%. Prezenta oxizilorNa2O si K2O permite formarea unor compusi de tipul Na2O-8CaO-3Al2O3 respectivK20-23Ca0-12Si02. Cel mai contraindicat este nsa oxidul de potasin deoarece elblocheza in compusul K2O23Ca0- 12SiO2 o mare cantitate de silicat dicalcic mpiedicndtransforrnarea sa in 3CaO-SiO2.Constituentii mineralogici imprima clincherului anumite proprietati fizico - chimice si mecanice. Cimenturile portland obisnuite se ncadreaza n urmatoarele limite prj.vind continutul lor n diferiti componeti mineralogici;C3S - 37,5 - 60 %;03 = 15-37,5%C4AP=10-18%;CaOliber= maximum 2 %.n functie de preponderenta unora sau altora dintre constituent!, clincherele se potclasifica n functie de constituentul principal n: iClinchere alitice - au peste 60% silicat tricalciCj C3S;Clinchere belitice - au peste 37,5% silicat dicalcic, CjS;sClinchere aluminatice - au peste 15% aluminat tricalcic, C3A;Clinchere feritaluminatice - au peste 18% feritaluminat tetracalcic, C4AF;*Clinchere feritice - au peste 7% ferit dicalcic, C2F si sub 18% feritaluminat tetracalcic, C4AF.