Cerâmica (Mar 2011)
Effect of sulfur on the polymorphism and reactivity of dicalcium silicate of Portland clinker Efeito do enxofre no polimorfismo e reatividade do silicato dicálcico do clínquer Portland
Abstract
The present study regards the effect of sulfur in dicalcium silicate (Ca2SiO4), a major crystalline phase (20 to 40 wt.%) of the ordinary Portland cement clinker. Dicalcium silicate is also known as C2S (2CaO.SiO2) or belite. The synthesis of the C2S samples was made with high purity reactants with addition of sulfur as CaSO4.2H2O, mixed according to the stoichiometric proportion 2Ca:(1-x)Si:xS, in which x corresponds to the cationic proportion of sulfur, with values ranging from 0 to 20%. Added amounts of SO3 in the samples were 0.23, 1.39, 2.77, 4.60 and 9.71wt.%. Chemical composition of the samples was determined by X-ray fluorescence before and after sintering. Large-scale sulfur loss by volatilization leads to an excess in calcium and consequently to formation of increasing amounts of tricalcium silicate with increasing sulfur content in the starting mixture. Mineralogical composition of the samples and cell parameters of C2S polymorphs were determined by X-ray diffraction and Rietveld refinements. Structural analysis of diffraction data indicates that the presence of sulfur stabilizes the intermediate temperature polymorph β C2S, with increasing unit cell volume. The reactivity with water (heat of hydration) of the samples was measured by differential scanning calorimetry, which was strongly influenced by the highly reactive tricalcium silicate.Este estudo trata do efeito do enxofre no silicato de dicálcio (Ca2SiO4), uma fase cristalina majoritária (20 a 40 peso%) do clínquer do cimento Portland comum. O silicato de dicálcio é também conhecido como C2S (2CaO.SiO2) ou belita. A síntese de amostras de C2S foi feita a partir de reagentes de alta pureza com adição de enxofre como CaSO4.2H2O, misturados na proporção estequiométrica 2Ca:(1-x)Si:xS, na qual x corresponde à proporção catiônica de enxofre, com valores de 0 a 20%. Os teores adicionados de SO3 nas amostras foram 0,23, 1,39, 2,77, 4,60 e 9,71 peso%. A composição química das amostras foi determinada por meio de fluorescência de raios X antes e após sinterização. A perda por volatilização em alta escala de enxofre levou a um excesso de cálcio e conseqüentemente à formação crescente de silicato de tricálcio com aumento crescente de enxofre na mistura inicial. A composição mineralógica das amostras e os parâmetros de rede dos polimorfos de C2S foram determinados por difração de raios X e refinamento de Rietveld. A análise estrutural dos resultados de difração indica que a presença de enxofre estabiliza a forma de temperatura intermediária β C2S, com aumento crescente do volume da célula unitária. A reatividade com água (calor de hidratação) das amostras foi medido por calorimetria diferencial de varredura, que foi fortemente influenciado pela alta reatividade do silicato de tricálcio.
Keywords
