Алюмоферрит кальция
4 AF ) (белый) и алюминат трикальция ( C
3 A ) (серый), занимающий промежуточное пространство между алитом ( C
3 S ) (синий) и белит ( C
2 S ) (оранжевые) кристаллы. Это ложные (интерференционные) цвета.
Алюмоферрит кальция ( Ca
2 (Ал, Фе)
22О
5 ) представляет собой темно-коричневую кристаллическую фазу, обычно встречающуюся в цементах . В цементной промышленности его называют тетракальциевым алюмоферритом или ферритом. В обозначениях химиков-цементистов (CCN) он обозначается сокращенно C.
4 AF означает 4CaO· Al
22О
3 · Фе
22О
3 в обозначении оксида . Он также существует в природе как редкий минерал браунмиллерит .
Свойства чистой фазы
[ редактировать ]В отсутствие других элементов, кроме кальция , алюминия , железа и кислорода , алюмоферрит кальция образует ряд твердых растворов формулы Ca
2 (Ал
х Fe
1–х )
22О
5 для всех значений x в диапазоне 0–0,7. [1] : 28–32
Составы с х > 0,7 при обычном давлении не существуют (см. алюминат кальция ). Кристалл орторомбический , обычно имеет решетчатую форму. Его плотность варьируется от 4026 кг·м. −3 (x = 0) до 3614 кг⋅м −3 (х = 0,7). Все составы плавятся инконгруэнтно в диапазоне 1400–1450 °С. Они ферромагнитны , причем по мере увеличения содержания железа они становятся все более ферромагнитными. Эти фазы легко получают из оксидов .
Фазы портландцементного клинкера
[ редактировать ]В портландцементном клинкере алюмоферрит кальция ( C
4 AF ) возникает как «фаза внедрения», кристаллизующаяся из расплава как конечный продукт реакции компонентов флюса ( Al
22О
3 и Fe
22О
3 ) добавлен в сырье для снижения высокой температуры плавления смеси оксидов CaO- SiO.
2 . Его присутствие в клинкере обусловлено исключительно необходимостью получения жидкости при пиковой температуре печной обработки (1400–1450 °С), способствующей образованию желаемых силикатных фаз. Помимо этого преимущества, его влияние на свойства цемента немногим больше, чем у разбавителя . Он образует нечистый твердый раствор, состав которого заметно отклоняется от простой химической формулы . Фаза алюмоферрита кальция действует как хранилище многих второстепенных элементов в клинкере. Большинство переходных металлов в цементе находятся в ферритной фазе, особенно титан , марганец и цинк . Также имеется значительное количество магния и кремния , и из-за этого другие оксиды, кроме CaO, Al
22О
3 и Fe
22О
3 часто составляют 15% массы алюмоферрита кальция. Эта замена снижает его температуру плавления примерно до 1350 ° C.
Типичный химический состав алюмоферрита кальция ( C
4 AF ) для трех разных объемов клинкера Fe
22О
3 содержание приведено в следующей таблице. [1] : 10 , [2] : 160 В среднем составе алюмоферрита кальция явно преобладают CaO (43,7 мас. %), Al
22О
3 (19,3 мас. %) и Fe
22О
3 (25,4 мас. %). Среднее содержание SiO
2 (4,2 мас. %) и другие оксиды являются маргинальными.
| Окись | Массовый % | Массовый % | Массовый % |
|---|---|---|---|
| Массовая Фе 22О 3 в клинкере |
0.29 | 2.88 | 4.87 |
| Это не 2 |
4.0 | 2.6 | 6.1 |
| Ал 22О 3 |
20.2 | 20.8 | 17.0 |
| Фе 22О 3 |
24.5 | 23.9 | 27.7 |
| Высокий | 44.6 | 46.4 | 40.2 |
| MgO | 3.7 | 3.1 | 4.9 |
| Уже 22О |
0.1 | 0.1 | 0.1 |
| К 22О |
0.1 | 0.1 | 0.1 |
| ТиО 2 |
1.9 | 2.7 | 1.7 |
| Мин. 22О 3 |
0.1 | 0.3 | 1.5 |
| ZnO | 1.1 | 0.1 | 0.9 |
Обратите внимание, что сумма Al
22О
3 и Fe
22О
3 содержание в алюмоферрите кальция ( C
4 AF ) в таблице выше, остается постоянным и составляет 44,7 мас.%, как показано в таблице ниже.
| Окись | Массовый % | Массовый % | Массовый % |
|---|---|---|---|
| Массовая Фе 22О 3 в клинкере |
0.29 | 2.88 | 4.87 |
| Ал 22О 3 |
20.2 | 20.8 | 17.0 |
| Фе 22О 3 |
24.5 | 23.9 | 27.7 |
| Сумма | 44.7 | 44.7 | 44.7 |
Поведение в цементах
[ редактировать ]Алюмоферрит кальция ( C
4 AF ) мало влияет на физические свойства цемента. При гидратации образуется [1] : 175 гидрогранат (4 CaO· Al
22О
3 · н Н
2 O ) и гидратированного оксида железа гель . В принципе, это быстрая и энергичная экзотермическая реакция, но осаждение нерастворимого слоя гидратированного оксида железа на поверхности кристаллов алюмоферрита кальция образует барьер для дальнейшей реакции. В случае портландцемента последующая медленная реакция с растворенным сульфатом образует фазы AFm , обладающие незначительными прочностными свойствами. В случае цементов на основе алюмината кальция (САЦ): [2] : 726 ситуация менее ясна, но вклад в раннюю силу незначителен. Алюмоферрит кальция также присутствует в цементах на основе сульфоалюмината кальция (CSA) и опять-таки не обеспечивает прочности.
См. также
[ редактировать ]Три других основных минеральных фазы портландцементного клинкера:
- Алите , С
3 S или 3CaO·SiO
2 - Белите , С
2 S или 2CaO·SiO
2 - Алюминат трикальция , C
3 А или 3CaO·Al
22О
3
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д Тейлор HFW (1990). Химия цемента , Академическая пресса, ISBN 0-12-683900-X .
- ^ Jump up to: а б с Hewlett PC (ред.) (1998). Химия цемента и бетона Ли: 4-е изд. , Арнольд, ISBN 0-340-56589-6 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Тейлор, Гарри Ф.В. (1997). Цементная химия . Томас Телфорд. ISBN 978-0-7277-2592-9 .
- Питер Хьюлетт; Мартин Лиска (2019). Химия цемента и бетона Ли . Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 978-0-08-100795-2 .