Алюмоферрит кальция ( Ca
2(Al, Fe)
2O
5) Ca 2 (Al, Fe) 2 O 5 ) - темно-коричневая кристаллическая фаза, обычно встречающаяся в цементах . В цементной промышленности его называют ферритом. Он также существует в природе как редкий минерал браунмиллерит .
Свойства чистой фазы
В отсутствие элементов, отличных от кальция , алюминия , железа и кислорода , алюмоферрит кальция образует серию твердых растворов формулы Ca 2 (Al x Fe 1 − x ) 2 O 5 для всех значений x в диапазоне 0–0,7. [1] : 28–32 Композиции с x> 0,7 не существуют при обычных давлениях (см. Двухкальциевый алюминат ). Кристалл ромбической формы , обычно решетчатый. Его плотность варьируется от 4026 кг⋅м −3 (x = 0) до 3614 кг⋅м −3 (x = 0,7). Все составы инконгруэнтно плавятся в интервале 1400-1450 ° С. Они ферромагнитны , и тем сильнее, чем выше содержание железа. Эти фазы легко приготовить из оксидов .
Фазы в портландцементном клинкере
В клинкере портландцемента алюмоферрит кальция присутствует 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), что способствует образованию желаемых силикатных фаз. Помимо этого преимущества, его влияние на свойства цемента немного больше, чем у разбавителя . Он образует нечистый твердый раствор, который по составу заметно отличается от простой химической формулы . Фаза алюмоферрита кальция действует как хранилище многих второстепенных элементов в клинкере. Большинство переходных элементов в цементе находятся в фазе феррита, особенно титана , марганца и цинка . Также присутствует значительное количество магния и кремния , и из-за этого оксиды, отличные от CaO, Al 2 O 3 и Fe 2 O 3, часто составляют 15% от массы алюмоферрита кальция. Эта замена снижает температуру плавления примерно до 1350 ° C.
Типичные химические составы клинкера с разным содержанием Fe 2 O 3 в массе следующие: [1] : 10 [2] : 160
Окись | Масса% | Масса% | Масса% |
---|---|---|---|
Fe 2 O 3 в клинкере | 0,29 | 2,88 | 4.87 |
SiO 2 | 4.0 | 2,6 | 6.1 |
Al 2 O 3 | 20,2 | 20,8 | 17.0 |
Fe 2 O 3 | 24,5 | 23,9 | 27,7 |
CaO | 44,6 | 46,4 | 40,2 |
MgO | 3,7 | 3.1 | 4.9 |
Na 2 O | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
К 2 О | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
TiO 2 | 1.9 | 2,7 | 1,7 |
Mn 2 O 3 | 0,1 | 0,3 | 1.5 |
ZnO | 1.1 | 0,1 | 0,9 |
Поведение в цементах
Алюминоферрит кальция мало влияет на физические свойства цемента. При гидратации он образует [1] : 175 4CaO⋅Al 2 O 3 ⋅nH 2 O и гель гидратированного оксида железа . В принципе, это быстрая и энергичная реакция, но осаждение нерастворимого слоя гидратированного оксида железа на поверхности кристалла алюмоферрита кальция создает барьер для дальнейшей реакции. В случае портландцемента последующая медленная реакция с растворенным сульфатом приводит к образованию AFm-фазы , которая обладает незначительными прочностными свойствами. В случае алюмината кальция цементов , [2] : +726 ситуации менее ясна, но есть небольшой вклад в раннюю прочность. Алюмоферрит кальция также присутствует в сульфоалюминатных цементах и, опять же, не способствует прочности.