ベリテ

ビーライトは、ポートランドセメントの製造に重要な工業用鉱物です。その主成分は二ケイ酸カルシウム（Ca ₂ SiO _{4 ）}で、2 CaO · SiO _{2 （}セメント化学表記ではC ₂ S ）と表記されることもあります。

この名前は、1897年にトルネボームがポートランドセメントの顕微鏡検査で特定された結晶に付けたものです。^[1]ベライトはセメント業界でよく使われる名前ですが、鉱物名としては認められていません。天然には鉱物ラルナイトとして存在し、その名前は発見されたスコートヒルに最も近い町、北アイルランドのラーンに由来しています。^[2]

ポルトランドセメントに含まれるビーライトは、純粋な二ケイ酸カルシウムとは組成が異なります。これは固溶体であり、 CaOとSiO _2の他に微量の他の酸化物を含んでいます。典型的な組成は次のとおりです。^[3]

これに基づいて、式は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と表すことができます。実際には、組成はクリンカーのバルク組成によって異なり、一定の制限があります。カルシウムイオンまたはオルトケイ酸イオンの置換には、電荷のバランスを保つ必要があります。たとえば、限られた数のオルトケイ酸（SiO⁴⁻⁴
₄）イオンは硫酸イオン（SO²⁻⁴
_...）イオン、ただし硫酸イオン１個につき２個のアルミン酸イオン（AlO⁵⁻⁴
₅₋₄）イオンも置換される。

二ケイ酸カルシウムは安定しており、反応性 CaO と SiO ₂から 300 °C で容易に製造できます。低温形態は γ-ベライト、または石灰オリビンです。この形態は水和しないため、セメント製造では使用されません。

温度が上昇すると、いくつかの多形状態を経ます。

ビーライトは、ポートランドセメントに含まれる鉱物で、「後期」強度の発現に関与しています。もう 1 つのケイ酸塩であるエーライトは、その高い反応性により、「早期」強度に寄与します。ビーライトは、水と (大まかに) 反応して、次の反応に従って、 ケイ酸カルシウム水和物(CSH) とポートランド石(Ca(OH) ₂ )を形成します。

${\displaystyle {\ce {\underbrace{{2 Ca2SiO4}}_{{Belite}}+ \underbrace{{4 H2O}}_{{水}}-> 3 CaO 。 2 SiO2。 3 H2O + \アンダーブレース{{Ca(OH)2}}_{{ポートランダイト}}}}}$

この急速な反応は、自然界で蛇紋石やブルーサイトの形成につながるフォルステライト（オリビンのマグネシウム末端成分）のゆっくりとした自然水和反応と「化学的に類似」していますが、結晶化が不十分な人工ビーライトの水和反応の速度は、自然条件下での結晶化が良好な Mgオリビンのゆっくりとした風化よりもはるかに速いです。

${\displaystyle {\ce {\underbrace{{2 Mg2SiO4}}_{{フォルステライト}}+\underbrace{{3H2O}}_{{水}}-> \underbrace{{Mg3Si2O5(OH)4}}_{{蛇紋石}}+ \underbrace{{Mg(OH)2}}_{{ブルーサイト}}}}}$

水和相[3 CaO · 2 SiO ₂ · 3 H _{2 O]}は、「 CSH 」相と呼ばれます。これは、水和セメント系の強度をもたらす、絡み合った針状の塊として成長します。ポルトランドセメントの製造では、比較的高いビーライト反応性が望ましく、非反応性の γ 型の形成は厳重に回避する必要があります。これは、急速に冷却することで達成され、小さく、歪んだ、非常に欠陥のある結晶が形成されます。欠陥は、最初の水の攻撃の場所を提供します。クリンカーを急速に冷却しないと、ビーライトが γ 型に反転します。γ 型は構造と密度が大幅に異なるため、反転により結晶とその周囲のマトリックスが劣化し、隣接するエーライトの分解も引き起こす可能性があります。これは、肉眼では「ダスティング」として観察されます。つまり、クリンカーの結節が細かい塵になります。

ポートランドセメントクリンカー中の鉱物は、岩石顕微鏡で観察し、定量化することができます。クリンカーの塊は切断され、平らで磨かれた表面にされます。露出した鉱物は、表面をエッチングすることによって可視化され、識別可能になります。次に、表面を光学顕微鏡で反射光で観察することができます。例では、クリンカーの塊が研磨され、フッ化水素蒸気でエッチングされています。エーライトは茶色、ビーライトは青、溶融相は白で表示されます。 電子顕微鏡も使用できます。この場合は、鉱物はマイクロプローブ分析によって識別できます。鉱物を正確に定量化する好ましい方法は、リートベルト分析技術を使用して、粉末クリンカーのX線回折を行うことです。ビーライトは、セメントミルでエーライトよりも粉砕するのがはるかに困難です。

• 蛇紋岩化におけるフォルステライト（オリビン）の水和反応
• CCN、セメント化学表記