Алюминат трикальция
| Имена | |
|---|---|
| Другие имена
алюминат, C 3 A
| |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol )
|
|
| Информационная карта ECHA | 100.031.744 |
| Номер ЕС |
|
ПабХим CID
|
|
Панель управления CompTox ( EPA )
|
|
| Характеристики | |
| Ca 3 Al 2 O 6 или 3CaO·Al 2 O 3 | |
| Молярная масса | 270.193 g/mol |
| Плотность | 3,064 г/см 3 |
| Температура плавления | 1542 ° C (2808 ° F; 1815 К) (разлагается) |
| Опасности | |
| СГС Маркировка : | |
| |
| Предупреждение | |
| H319 | |
| П264 , П280 , П305+П351+П338 , П313 | |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
| |
Алюминат трикальция Ca 3 Al 2 O 6 , часто формулируемый как 3CaO·Al 2 O 3, чтобы подчеркнуть пропорции оксидов, из которых он изготовлен, является самым основным из алюминатов кальция . Он не встречается в природе, но является важной минеральной фазой в портландцементе . [1]
Характеристики
[ редактировать ]в соотношении 3:1 Алюминат трикальция образуется при нагревании смеси оксида кальция и оксида алюминия выше 1300 °C. Кристаллы кубические, размер элементарной ячейки 1,5263 нм. [2] и имеет плотность 3064 кг·м. −3 . Плавится с разложением при 1542 °С. Элементарная ячейка содержит 8 циклических Al 6 O 18 18− анионы, которые можно считать состоящими из 6 общих углов тетраэдров AlO 4 . [3] Структура чистого жидкого трикальцийалюмината содержит в основном тетраэдры AlO 4 в бесконечной сетке, с несколько более высокой концентрацией мостиковых кислородов, чем ожидалось из состава, и около 10% несвязанных мономеров AlO 4 Al 2 O 7 . и димеров [4]
портландцемента В клинкере трикальцийалюминат встречается в виде «промежуточной фазы», кристаллизующейся из расплава. Его присутствие в клинкере обусловлено исключительно необходимостью получения жидкости при максимальной температуре обработки в печи (1400–1450 °C), способствующей образованию желаемых силикатных фаз. Помимо этого преимущества, его влияние на свойства цемента в основном нежелательно. Он образует фазу нечистого твердого раствора, в которой 15—20% атомов алюминия заменены кремнием и железом, а количество атомов щелочных металлов заменяет кальций в разном количестве в зависимости от наличия оксидов щелочных металлов в расплаве. Нечистая форма имеет как минимум четыре полиморфа:
| Щелочь % м/м | Обозначение | Кристалл |
|---|---|---|
| 0–1.0 | CТАМ | Кубический |
| 1.0-2.4 | С II | Кубический |
| 3.7-4.6 | ТО | орторомбический |
| 4.6-5.7 | М | Моноклиника |
Типичные химические составы:
| Окись | Массовый % Куб. | Массовый % орторомбический |
|---|---|---|
| SiO 2 | 3.7 | 4.3 |
| Al2OAl2O3 | 31.3 | 28.9 |
| Fe2OFe2O3 | 5.1 | 6.6 |
| Высокий | 56.6 | 53.9 |
| MgO | 1.4 | 1.2 |
| Na2Na2O | 1.0 | 0.6 |
| К 2 О | 0.7 | 4.0 |
| ТиО 2 | 0.2 | 0.5 |
Влияние на свойства цемента
[ редактировать ]Благодаря своей высокой основности трикальцийалюминат наиболее сильно реагирует с водой из всех алюминатов кальция, а также является наиболее реакционноспособной из фаз портландского клинкера. Его гидратация до фаз вида Ca 2 AlO 3 (OH) · n H 2 O приводит к явлению «мгновенного схватывания» (мгновенного схватывания), при этом выделяется большое количество тепла. Чтобы избежать этого, в цементы портландцемента добавляют небольшую добавку сульфата кальция (обычно 4-8%). Сульфат-ионы в растворе приводят к образованию нерастворимого слоя эттрингита (3CaO • Al 2 O 3 • 3CaSO 4 · 32 H 2 O на поверхности кристаллов алюмината, пассивируя их. Затем алюминат медленно реагирует с образованием AFm- фаз общий состав 3CaO • Al 2 O 3 • CaSO 4 · 12 H 2 O Эти гидраты мало способствуют увеличению прочности.
Алюминат трикальция связан с тремя важными эффектами, которые могут снизить долговечность бетона:
- тепловыделение, которое может вызвать самопроизвольный перегрев в больших массах бетона. При необходимости уровни трикальцийалюмината снижают, чтобы контролировать этот эффект.
- Сульфатная атака, при которой сульфатные растворы, воздействию которых подвергается бетон, реагируют с фазами AFm с образованием эттрингита . Эта реакция носит обширный характер и может разрушить зрелый бетон. Если бетон должен контактировать, например, с грунтовыми водами, насыщенными сульфатами, используется либо «сульфатостойкий» цемент (с низким содержанием трикальциевого алюмината), либо шлак в цемент или в бетонную смесь добавляется . . Шлак содержит достаточно алюминия, чтобы подавить образование эттрингита.
- замедленное образование эттрингита , при котором бетон отверждается при температуре выше температуры разложения эттрингита (около 65 ° C). При охлаждении происходит обширное образование эттрингита.
Поскольку они еще более основные, полиморфы, насыщенные щелочью, соответственно, более реакционноспособны. Значительные количества (>1%) цемента затрудняют контроль схватывания, и цемент становится чрезмерно гигроскопичным. Снижается сыпучесть цементного порошка, склонны к образованию комков, отвердевающих на воздухе. Они выводят воду из гипса при хранении цемента, что приводит к ложному схватыванию. По этой причине их образования избегают, где это возможно. Натрию и калию энергетически выгоднее образовывать в печи сульфаты и хлориды , но если сульфат-иона недостаточно, излишки щелочей собираются в алюминатной фазе. Загрузку и топливо в печной системе предпочтительно контролируют химически, чтобы поддерживать баланс сульфатов и щелочей. Однако эта стехиометрия сохраняется только в том случае, если в атмосфере печи имеется значительный избыток кислорода: если наступают «восстановительные условия», то сера теряется в виде SO 2 , и начинают образовываться реакционноспособные алюминаты. Это легко отслеживать путем ежечасного отслеживания уровня сульфата клинкера.
Увлажнение
[ редактировать ]Гидраты трикальцийалюмината в процессе формирования портландцемента. С помощью дифракции рентгеновских лучей образуются два гидрата: гексагидрат, сокращенно C3AH6, и нонадекагидрат, сокращенно C4AH19. В присутствии гипса]], компонента типичных клинкеров, образуется сульфат (S) формулы C4ASH12. [1]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Косматка, Стивен (2012). "Цемент". Энциклопедия химической технологии Кирка-Отмера . стр. 1–40. дои : 10.1002/0471238961.0305130508051213.a01.pub3 . ISBN 978-0-471-48494-3 .
- ^ HFW Тейлор, Химия цемента , Academic Press, 1990, ISBN 0-12-683900-X , стр. 23.
- ^ Мондаль, П.; Джеффри, JW (1975). «Кристаллическая структура трехкальциевого алюмината Ca 3 Al 2 O 6 ». Акта Кристаллогр . Б31 : 689-697. дои : 10.1107/S0567740875003639 .
- ^ Дрюитт, Джеймс В.Е.; и др. (2017). «Структура жидкого трикальцийалюмината» . Физический обзор B . 95 (6): 064203. Бибкод : 2017PhRvB..95f4203D . дои : 10.1103/PhysRevB.95.064203 . hdl : 1983/2dd23037-2924-4b98-a6a1-69c2393cb7f1 . S2CID 96446107 . Проверено 12 июля 2018 г.