Echilibre termice. Pozitia clincherului de ciment portland in sistemul CaO-SiO2-Al2O3―Fe2O3

Echilibre termice. Pozitia clincherului de ciment portland in sistemul CaO-SiO₂-Al₂O₃―Fe₂O₃

Tinand seama de componentii oxidici de baza ai clincherului de ciment portland, acesta se incadreaza in sistemul cuaternar CaO-SiO₂-A1₂O₃-Fe₂O₃; toti componentii mineralogici principali ai clincherului sunt cuprinsi in sistemul mentionat. In cadrul sistemului cuaternar CaO-SiO₂-A1₂O₃-Fe₂O₃, intereseaza insa doar acel domeniu din care fac parte subsistemele care contin drept compusi de cristalizare :

3CaO ∙SiO₂; 2CaO∙SiO₂; 3CaO∙A1₂O₃ ;  xCaO∙yAl₂O₃∙zFe₂O₃; in orice caz,  toate subsistemele considerate trebuie sa contina silicatul tricalcic, com­ponentul cel mai valoros al clincherului de ciment portland. Ca urmare, din punctul de vedere al studiului cimentului portland, prezinta importanta echilibrele incluse in tetraedrul C₅A₃ CaO-C₂S-C₂F (fig. I.8).

Datele lui Rankin[31] cu privire la sistemul CaO-SiO₂-A1₂O₃ au contribuit intr-o masura importanta la studiul mersului reactiilor de for­mare a clincherului de ciment portland, in anul 1934 se face un serios progres in aceasta directie, prin cercetarea amanuntita, efectuata de catre Lea si Parker[30], a sistemului CaO C₂S-C₅A₃-C₄AF. De fapt C₄AF nu este un compus chimic autentic; el reprezinta doar o faza uni­forma, in seria solutiilor solide C_xA_yF_z. De aceea Swayze ia in consi­deratie, spre deosebire de Lea si Parker , nu C₄AF, ci solutii solide de tipul xCaO∙yAl₂O₃, zFe₂O₃ din seria C₂F, 6CaO∙2Al₂O₃∙Fe₂O₃, din care face parte si C₄AF ca faza singulara (exista date care evidentiaza faptul ca solutia limita poate avea compozitia C₈A₃F. Aceasta compozitie se realizeaza insa la o racire lenta, in clincherele cu continut ridicat de Al₂O₃).

Tinand seama de cele subliniate anterior (socotind totusi - pentru simplificare ca una din fazele singulare ale sistemului, C₄AF), se desprind ca posibile urmatoarele subsisteme in cadrul tetraedrului examinat:

Fig. I.8. Diagrama de echili­bru termic privind sistemul C₅A₃ -CaO-C₂S C₂F.

a) Subsistemul CaO C₃S C₃A-C₄AF (I), (fig. I.9).

Masele cuprinse in acest subsistem contin insa multa calce libera, de aceea ele nu au constanta de volum si nu reprezinta de fapt cimenturi portland.

b)   Subsistemul  C₃S-CaO: solutii solide C_xA_yF_z (II) (fig. I.10).

Masele din acest subsistem se caracterizeaza de asemenea prin existenta in cantitate mare a calcei libere, ele rereprezentand cimenturi portland.

Fig.I.9 Subsistemul de echilibru termic Fig.I.10Subsistemul de echilibru termic

CaO-C₃S-C₃A-C₄AF    CaO-C₃S: solutii solide (C_xA_yF_z)

c) Subsistemul C₃S-C₂S-C₃A-C₄AF, (III) (fig. I.11) cuprinde cimen­turile portland mai bogate in alumina.

d) Subsistemul C₃S-C₂S: solutii solide (C_xA_yF_z), (IV) (fig. I.12 reprezinta domeniul in care se obtin cimenturi feroportland, avand un continut ridicat de Fe₂O₃ si mic de A1₂O₃.

Fig. I.11.Subsistemul de echilibru termic Fig.I.12.Subsistemul de echilibru termic

C₃S-C₂S-C₃A-C₄AF C₃S-C₂S solutii solide (C_xA_yF_z).

Din cele mentionate rezulta ca cimenturile de tip portland sunt cuprinse in subsistemele:

C₃S-C₂S C₃A C₄AF;

C₃S-C₂S - solutii solide (C_xA_yF_z).

Urmarind in tetraedrul C₂F-C₅A₃-C₂S-CaO (fig. I.13) domeniile de cristalizare primara a principalilor componenti din clincher, rezulta in mod evident domeniile optime de compozitie oxidica a amestecurilor brute. Intersectia planului C₂F-C₃S-G₁ cu campul de cristalizare pri­mara a C₃S da locul geometric al clincherului cu continut maxim de alit (G₁ este peritectic in sistemul CaO-A1₂O₃-SiO₂, dreapta C₃S-G₁, reprezentand locul geometric al clincherelor din acest sistem fara calce libera).

Locul cimentului portland este de asemenea delimitat de planul caracte­rizat prin M_si=4, care da limita cimenturilor normal vitrifiabile si planul M_Si=1,5 (pentru cimenturi feroportland, M_Si poate fi egal chiar si cu 1), care separa cimenturile cu priza normala de cele cu priza rapida (fig. I.13.).

Fig. I.13.  Locul clincherului de ciment portland in sistemul

CaO-C₂S-C₅A₃-C₂F