Обозначения химика-цементиста
Обозначение химика-цементиста ( CCN ) было разработано для упрощения формул, которые химики- цементисты используют ежедневно. Это сокращенный способ записи формулы оксидов химической кальция кремния , . и металлов различных
Сокращения оксидов
[ редактировать ]Основные оксиды, присутствующие в цементе (или в стекле и керамике), сокращенно обозначаются следующим образом:
| CCN | Фактическая формула | Имя |
|---|---|---|
| С | Высокий | Оксид кальция или известь |
| С | SiO 2 | Диоксид кремния , или кремнезем |
| А | Al2OAl2O3 | Оксид алюминия , или глинозем |
| Ф | Fe2OFe2O3 | Оксид железа или ржавчина |
| Т | ТиО 2 | Диоксид титана , или титания |
| М | MgO | Оксид магния , или периклаз |
| К | К 2 О | Оксид калия |
| Н | Na2Na2O | Оксид натрия |
| ЧАС | Н 2 О | Вода |
| С | СО 2 | Углекислый газ |
| С | SOSO3 | Триоксид серы |
| П | П 4 О 10 | Пятиокись фосфора |
Превращение гидроксидов в оксид и свободную воду
[ редактировать ]Для расчета баланса массы гидроксиды, присутствующие в гидратных фазах затвердевшего цементного теста, например, в портландите Ca(OH) 2 , необходимо сначала превратить в оксид и воду.
Чтобы лучше понять процесс превращения гидроксильных анионов в оксид и воду, необходимо рассмотреть автопротолиз гидроксильных анионов ; это подразумевает обмен протонами между двумя OH − , как в классической кислотно-основной реакции :
- + → +
или также,
- 2 ОН − → 2− + Н 2 О
Таким образом, для портландита это дает следующий массовый баланс:
- Са(ОН) 2 → СаО + Н 2 О
Таким образом, портландит можно записать как CaO · H 2 O или CH.
Основные фазы портландцемента до и после гидратации
[ редактировать ]Эти оксиды используются для создания более сложных соединений . Основные кристаллические фазы, описанные ниже, относятся соответственно к составу:
- Клинкер и негидратированный портландцемент;
- Затвердевшие цементные пасты, полученные после гидратации и схватывания цемента.
Клинкер и негидратированный портландцемент
[ редактировать ] четыре основные фазы В клинкере и негидратированном портландцементе присутствуют .
Они образуются при высокой температуре (1450 °C) в цементной печи и имеют следующие характеристики:
| CCN | Фактическая формула | Имя | Минеральная фаза |
|---|---|---|---|
| С 3 С | 3 СаО · SiO 2 | Силикат трикальция | Вентилятор |
| С 2 С | 2 СаО · SiO 2 | Дикальцийсиликат | Белите |
| С 3 А | 3 СаО · Al 2 O 3 | Алюминат трикальция | Алюминат или Целит |
| С 4 АФ | 4 СаО · Al 2 O 3 · Fe 2 O 3 | Тетракальций-алюмоферрит | Феррит |
Четыре соединения, называемые C 3 S, C 2 S, C 3 A и C 4 AF, известны как основные кристаллические фазы портландцемента. Фазовый состав конкретного цемента можно определить количественно с помощью сложного набора вычислений, известного как формула Бога .
Чтобы избежать мгновенного схватывания бетона из-за очень быстрой гидратации трикальцийалюмината ( С 3 А ), 2–5 мас. % сульфата кальция перемалывают с цементным клинкером для приготовления цементного порошка. В обозначениях химика-цементиста CaSO 4 ( ангидрит ) обозначается сокращенно CS , а CaSO 4 ·2H 2 O ( гипс ) как C S H 2 .
Аналогично, в случае добавления известнякового наполнителя: CaCO 3 или CaO·CO 2 можно обозначить CC .
Гидратированная цементная паста
[ редактировать ]Продукты гидратации , образующиеся в затвердевших цементных пастах (также известных как ГЦП), более сложны, поскольку многие из этих продуктов имеют почти одинаковую формулу, а некоторые представляют собой твердые растворы с перекрывающимися формулами. Некоторые примеры приведены ниже:
| CCN | Фактическая формула | Название или минеральная фаза |
|---|---|---|
| СН | Ca(OH) 2 или CaO · H 2 O | Гидроксид кальция ( портландит ) |
| CSH | 0,6–2,0 CaO · SiO 2 · 0,9–2,5 H 2 O, с переменным составом в этом диапазоне и часто также с частичным замещением Si на Al | Гидрат силиката кальция |
| CAH | Фаза более сложная, чем CSH | Гидрата алюмината кальция |
| НАЛИЧНЫЕ | Это даже сложнее, чем CSH и CAH. | Гидрат силиката алюмината кальция |
| АФт | C 6 A S 3 H 32 , иногда с заменой Al на Fe и/или CO. 2− 3 для ТАК 2− 4 |
Гидрат трисульфоалюмината кальция или эттрингит. |
| АФм | C 4 ASH . 12 OH , часто с заменой Al на Fe и/или различных других анионов, таких как − или CO 2− 3 для ТАК 2− 4 |
Моносульфоалюминат кальция |
| C3AHC3AH6 | 3CaO Al 2 O 3 6 H 2 O | Гидрогранат |
Дефисы в CSH указывают на фазу гидрата силиката кальция переменного состава, тогда как «CSH» указывает на фазу силиката кальция CaH 2 SiO 4 .
Использование в керамике, стекле и химии оксидов.
[ редактировать ]Обозначения химика по цементу не ограничиваются применением цемента, но на самом деле представляют собой более общие обозначения химии оксидов, применимые к другим областям, кроме химии цемента в строгом смысле .
Например, в керамике формула каолинита также может быть записана в терминах оксидов, поэтому соответствующая формула для каолинита:
- Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 ,
является
- Al 2 O 3 2 SiO 2 2 H 2 O
или в CCN
- АС 2 Н 2 .
Возможное использование CCN в минералогии
[ редактировать ]Хотя это и не очень развитая практика в минералогии, некоторые химические реакции с участием силикатов и оксидов в расплаве или гидротермальных системах, а также процессы выветривания силикатов также можно успешно описать, применив обозначения химика-цементиста к силикатной минералогии.
Примером может служить формальное сравнение гидратации белита и форстерита серпентинизации , связанное с гидратацией двух структурно сходных щелочноземельных силикатов, Ca 2 SiO 4 и Mg 2 SiO 4 соответственно.
- Кальциевая система
- Белитовое увлажнение :
| + → + | ( Реакция 4а ) |
| 2 С 2 С + 4 Ч → С 3 С 2 Ч 3 + СН | ( Реакция 4б ) |
- Магниевая система
- форстерита Серпентинизация :
| + → + | ( Реакция 4в ) |
| 2 М 2 С + 3 Ч → М 3 С 2 Ч 2 + МЧ | ( Реакция 4d ) |
Соотношение Ca/Si (C/S) и Mg/Si (M/S) уменьшается от 2 для дикальциевых и димагнийсиликатных реагентов до 1,5 для гидратосиликатных продуктов реакции гидратации. Другими словами, CSH или серпентин менее богаты Ca и Mg соответственно. Поэтому реакция приводит к выведению из силикатной системы избытка портландита (Ca(OH) 2 ) и брусита (Mg(OH) 2 ) соответственно, что приводит к кристаллизации обоих гидроксидов в виде отдельных фаз. .
Быстрая реакция гидратации белита в схватывании цемента формально является «химическим аналогом» медленной естественной гидратации форстерита (магниевого концевого члена оливина ), приводящей к образованию серпентина и брусита в природе. Однако кинетика гидратации плохо кристаллизованного искусственного белита гораздо быстрее, чем медленная конверсия/выветривание хорошо кристаллизованного маголивина в природных условиях.
Это сравнение позволяет предположить, что минералоги, вероятно, также могли бы извлечь выгоду из краткого формализма обозначений химика-цементиста в своих работах.
См. также
[ редактировать ]- Гидратация белита в цементе (аналог гидратации форстерита)
- Реакция гидратации форстерита (оливина) при серпентинизации.
Ссылки
[ редактировать ]- Лохер, Фридрих В. (2006). Цемент: Принципы производства и использования . Дюссельдорф, Германия: Verlag Bau + Technik GmbH. ISBN 3-7640-0420-7 .
- Миндесс, С.; Янг, Дж. Ф. (1981). Конкретный . Энглвуд, Нью-Джерси, США: Прентис-Холл. ISBN 0-13-167106-5 .