Твердые растворы в ca3siо5

Страница 2

Поскольку ионный радиус Na+ (0,96 Å) несколько меньше Са2+, то при замещении Ca2 ↔Na+ устойчивость группировки NaО6 понижается за счет сближения кислородных ионов, координирующих ион Na+. При Внедрении Na+ в пустоты в решетке возникают дополнительные связи, а энергия её при этом возрастает. Внедряющийся ион Na+ занимает в решетке C3S те же места, что и Mg2+ в алите. Связь Na—О слабее, чем Са — О, о чем свидетельствует легкость удаления Na+ из решетки твердого раствора.

Превращение триклинного C3S в моноклинный отмечалось при 0,33 Na2О, моноклинная модификация была стабильна до концентрации Na2О порядка 0,71%, хотя показатели преломления смешанных кристаллов при этом непрерывно уменьшались. На кривых ДТА зафиксированы следующие температуры модификационных превращений: при содержании Na2O<0,3%—тригональный моноклинный тригональныи; в присутствии 0,3—0,7% Na2О— моноклинный тригональный. В связи с тем, что стабилизация полиморфных форм C3S окисью натрия не является полной, и системе всегда присутствуют смеси кристаллов разных модификаций, приводит к непостоянству значений температур фазовых переходов. По мере улетучивания Na2О возрастает доля триклинного C3S. С увеличением количества Na2О сверх 0,71% происходило разложение C3S на C2S, Na2OCaO·SiО2 и СаО.

C3S+ZnO. Предельная концентрация ZnO в твердом растворе C3S составляет несколько более 2%. Ионы Zn2+ также замещаются ионами Са2+ и стабилизируют последовательно TI ТII, МI МII и R модификации Ca3SiO5. Переход TI→ТII осуществляется при концентрации ZnO около 0,75%; ТII→ТIII+МI — при содержании 1—2% ZnO; MI—МII —при 2,2-4,5% ZnO и МII→R - при содержании более 5% ZnO. Тригональную модификацию C3S стабилизировали введением 6,3% ZnO.

C3S+BaO. Предельная растворимость ВаО в решет ке C3S равна 1,2—2%. Тип ионного обмена — изовалентный Са2+↔Ва2+.

Твердые растворы C3S — Ba3S получались обжигом минералов при 1450°С в течение 2 ч.

По данным ДТА, C3S в присутствии ВаО не изменяет своей триклинной симметрии и при нагревании претерпевает следующие полиморфные превращения: триклинныймоноклинный тригональный. ВаО образует такой же тип твердого раствора, что и SrO.

Взаимодействие C3S с ВаО сопровождается интенсивным разложением трехкальциевого силиката с выделением СаО и C2S.

C3S+GeО2. В системе C3S—C3Ge при 1500°С установлена неограниченная растворимость.

C3S + CaO. Растворимость СаО в твердых растворах C3S может достигать 2,5—4%. В чистом C3S растворимость СаО составляет 0,5% или 1—2,5%. Кристаллы твердого раствора с СаО имеют триклинную сингонию.

C3S + B2О3. При нагревании C3S с В2О3, взятом в количестве до 4%, в интервале 1000—1600°С происходило выделение свободной СаО и образование твердого раствора между C2S и C5B2S, состав которого изменялся в зависимости от температуры. Соединение 5СаО·2B2О3·SiО2 кристаллизуется в виде полисинтетических двойников.

C3S+SrO. Предельная растворимость SrO в решетке C3S составляет 6—7%. Sr2+ замещается на Са2+. Из предварительно синтезированных трехосновных силикатов кальция и стронция готовились смеси различного состава. Содержание SrO в смесях составляло 0,1; 0,5; 1 и 5%. Приготовленные смеси обжигались при температуре 1450°С в течение 2 ч. Количество свободной СаО в продуктах обжига соответственно оказалось равным 0,9; 1; 1,6 и 1,2.

Введенные количества Sr3O полностью растворились в решетке C3S. При растворении малых количеств SrO наблюдается уменьшение межплоскостных расстояний в решетке C3S, а при введении больших количеств — увеличение. Когда количество внедрившегося SrO достигает 5%, расширение ячейки весьма значительно, и параметры ее увеличиваются.

Дифференциально-термический анализ образцов показал, что на всех термограммах наблюдаются два эндотермических эффекта, характерные для C3S. Следовательно, при введении Sr3S в решетку C3S образующийся твердый раствор имеет ту же симметрию, что и чистый трехкальциевый силикат.

Таким образом, Sr3S образует с трехкальциевым силикатом ограниченный твердый раствор. Исходя из свойств ионов Са2+ и Sr2+ и известных закономерностей в вопросе взаимного замещения ионов, можно считать, что Sr3S образует с C3S твердые растворы I рода.