La belita es un mineral industrial importante en la fabricación de cemento Portland . Su componente principal es el silicato dicálcico, Ca 2 SiO 4 , a veces formulado como 2 CaO · SiO 2 (C 2 S en la notación química del cemento ).
Etimología
El nombre fue dado por Törnebohm en 1897 a un cristal identificado en una investigación microscópica del cemento Portland. [1] Belita es un nombre de uso común en la industria del cemento, pero no es un nombre mineral reconocido. Se presenta de forma natural como el mineral larnita , el nombre se deriva de Larne , Irlanda del Norte , la ciudad más cercana a Scawt Hill donde fue descubierto. [2]
Composición y estructura
La belita que se encuentra en el cemento Portland difiere en composición del silicato dicálcico puro . Es una solución sólida y contiene cantidades menores de otros óxidos además de CaO y SiO 2 . Una composición típica: [3]
Óxido | Masa % |
---|---|
CaO | 63,5 |
SiO 2 | 31,5 |
Al 2 O 3 | 2.1 |
Fe 2 O 3 | 0,9 |
MgO | 0,5 |
SO 3 | 0,1 |
Na 2 O | 0,1 |
K 2 O | 0,9 |
TiO 2 | 0,2 |
P 2 O 5 | 0,2 |
En base a esto, la fórmula se puede expresar como Ca 1,94 Mg 0,02 Na 0,01 K 0,03 Fe 0,02 Al 0,07 Si 0,90 P 0,01 O 3,93 . En la práctica, la composición varía con la composición a granel del clínker , sujeto a ciertos límites. La sustitución de iones de calcio u iones de ortosilicato requiere que las cargas eléctricas se mantengan en equilibrio. Por ejemplo, un número limitado de iones de ortosilicato (SiO 4 4− ) puede reemplazarse con iones sulfato (SO 4 2− ), siempre que por cada ion sulfato, también estén sustituidos dos iones aluminato (AlO 4 5− ).
Polimorfos
El silicato dicálcico es estable y se prepara fácilmente a partir de CaO y SiO 2 reactivos a 300 ° C. La forma de baja temperatura es γ-belita o cal olivina . Esta forma no hidrata y se evita en la fabricación de cemento.
A medida que aumenta la temperatura, pasa por varios estados polimórficos :
Temperatura ° C | Nombre | Cristal |
---|---|---|
> 1425 | α | Hexagonal |
1160-1425 | α ' H | Ortorrómbico |
680-1160 | α ' L | Ortorrómbico |
500-680 | β | Monoclínico |
<500 | γ | Ortorrómbico |
Hidratación
La belita es el mineral del cemento Portland responsable del desarrollo de la resistencia "tardía" . El otro silicato, la alita , aporta resistencia "temprana", debido a su mayor reactividad. Belita reacciona con agua (aproximadamente) para formar hidratos de silicato de calcio (CSH) y portlandita (Ca (OH) 2 ) de acuerdo con la reacción:
Esta rápida reacción es "químicamente análoga" a la lenta hidratación natural de la forsterita (el miembro terminal de magnesio de la olivina ) que conduce a la formación de serpentina y brucita en la naturaleza, aunque la cinética de hidratación de la belita artificial poco cristalizada es mucho más rápida que la meteorización lenta de olivino de magnesio bien cristalizado en condiciones naturales.
La fase hidrato , [3 CaO · 2 SiO 2 · 3 H 2 O], se denomina fase " CSH ". Crece como una masa de agujas entrelazadas que proporcionan la resistencia del sistema de cemento hidratado. Es deseable una reactividad de belita relativamente alta en la fabricación de cemento Portland, y debe evitarse rigurosamente la formación de la forma γ no reactiva. Esto se logra mediante un enfriamiento rápido, formando cristales pequeños, distorsionados y muy defectuosos. Los defectos proporcionan sitios para un ataque inicial de agua. No enfriar el clínker rápidamente conduce a la inversión de belita a la forma γ. La forma γ tiene una estructura y densidad sustancialmente diferentes, de modo que la inversión conduce a la degradación del cristal y su matriz circundante, y también puede desencadenar la descomposición de la alita vecina . Esto se observa macroscópicamente como "polvo": los nódulos de clínker caen hasta convertirse en un polvo fino .
Detección
Los minerales en el clínker de cemento Portland se pueden observar y cuantificar mediante microscopía petrográfica . Los nódulos de clínker se cortan y muelen hasta obtener una superficie plana y pulida. Los minerales expuestos se hacen visibles e identificables grabando la superficie. La superficie se puede observar en luz reflejada mediante microscopía óptica . En el ejemplo, un nódulo de clínker se ha pulido y grabado con vapor de fluoruro de hidrógeno . La alita se muestra como marrón, la belita como azul y las fases de fusión como blancas. También se puede utilizar microscopía electrónica , en cuyo caso los minerales pueden identificarse mediante análisis de microsonda . El método preferido para cuantificar los minerales con precisión es la difracción de rayos X en el clínker en polvo, utilizando la técnica de análisis de Rietveld . La belita es mucho más difícil de moler en un molino de cemento que la alita.
Ver también
- Reacción de hidratación de forsterita (olivina) en serpentinización
- CCN , notación de químico de cemento
Referencias
- ^ Jean-Pierre Bournazel, Yves Malier, Micheline Moranville Regourd, 1998, Concreto, del material a la estructura Publicaciones de RILEM, ISBN 2-912143-04-7 .
- ^ Venado, William Alexander; Howie, R. A; Zussman, J (1 de mayo de 1997). "Larnita". Disilicatos y silicatos anulares . págs. 248–249. ISBN 9781897799895.
- ^ Taylor HFW (1990), Química del cemento , Academic Press, 1990 ISBN 0-12-683900-X , págs. 10-11.