Обозначение химика цемента ( CCN ) было разработано для упрощения формул, используемых химиками цемента на ежедневной основе. Это является сокращенным способом записи химической формулы из оксидов из кальция , кремния , а также различных металлов .
Сокращения оксидов
Основные оксиды, присутствующие в цементе (или в стекле и керамике), сокращены следующим образом:
CCN | Фактическая формула | Имя |
---|---|---|
C | CaO | Оксид кальция или известь |
S | SiO 2 | Диоксид кремния или кремнезем |
А | Al 2 O 3 | Оксид алюминия или оксид алюминия |
F | Fe 2 O 3 | Оксид железа или ржавчина |
Т | TiO 2 | Диоксид титана или диоксид титана |
M | MgO | Оксид магния или периклаз |
K | К 2 О | Оксид калия |
N | Na 2 O | Оксид натрия |
ЧАС | H 2 O | Воды |
C | CO 2 | Углекислый газ |
S | SO 3 | Триоксид серы |
п | P 2 O 5 | Полупентоксид фосфора |
Превращение гидроксидов в оксид и свободную воду
Для расчета баланса массы гидроксиды, присутствующие в гидратированных фазах в затвердевшем цементном тесте, таком как портландит , Ca (OH) 2 , сначала должны быть преобразованы в оксид и воду.
Чтобы лучше понять процесс превращения гидроксильных анионов в оксид и воду, необходимо рассмотреть автопротолиз гидроксильных анионов; он подразумевает протонный обмен между двумя OH - , как в классической кислотно-основной реакции :
- + → +
или также,
- 2 ОН - → O 2− + H 2 O
Для портландита это дает следующий баланс масс:
- Са (ОН) 2 → СаО + Н 2 О
Таким образом, портландит можно записать как CaO · H 2 O или CH.
Основные фазы в портландцементе до и после гидратации
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
Четыре основные фазы присутствуют в клинкере и в негидратированном портланде цементе .
Они образуются при высокой температуре (1450 ° C) в цементной печи и являются следующими:
CCN | Фактическая формула | Имя | Минеральная фаза |
---|---|---|---|
C 3 S | 3 CaO · SiO 2 | Силикат трикальция | Алит |
C 2 S | 2 CaO · SiO 2 | Силикат дикальция | Белите |
С 3 А | 3 CaO · Al 2 O 3 | Трикальций алюминат | Алюминат или целит |
C 4 AF | 4 CaO · Al 2 O 3 · Fe 2 O 3 | Тетракальций алюмоферрит | Феррит |
Четыре соединения, обозначенные как C 3 S, C 2 S, C 3 A и C 4 AF, известны как основные кристаллические фазы портландцемента. Фазовый состав конкретного цемента может быть определен количественно с помощью сложного набора расчетов, известных как формула Бога .
Гидратированная цементная паста
Продукты гидратации, образующиеся в затвердевших цементных пастах (также известных как HCP), являются более сложными, потому что многие из этих продуктов имеют почти одинаковую формулу, а некоторые представляют собой твердые растворы с перекрывающимися формулами. Ниже приведены некоторые примеры:
CCN | Фактическая формула | Название или минеральная фаза |
---|---|---|
CH | Ca (OH) 2 или CaO · H 2 O | Гидроксид кальция |
CSH | 0,6–2,0 CaO · SiO 2 · 0,9–2,5 H 2 O, с переменным составом в этом диапазоне, часто также включающим частичное замещение Si на Al. | Гидрат силиката кальция |
CAH | Это даже сложнее, чем CSH | Гидрат алюмината кальция |
AFt | C 6 A S 3 H 32 , иногда с замещением Al на Fe и / или CO2- 3для SO2- 4 | гидрат трисульфоалюмината кальция или эттрингит |
AFm | С 4 С Н 12 , часто с замещением Fe для Al, и / или различных других анионов , таких как ОН - или CO2- 3для SO2- 4 | Моносульфоалюминат кальция |
C 3 AH 6 | 3CaO · Al 2 O 3 · 6 H 2 O | Гидрогранат |
Дефисы в CSH указывают на фазу гидрата силиката кальция переменного состава, в то время как «CSH» указывает на фазу силиката кальция, CaH 2 SiO 4 .
Использование в керамике, стекле и химии оксидов
Обозначение химика цемента не ограничивается применениями цемента, но фактически является более общим обозначением химии оксидов, применимым к другим областям, чем химия цемента sensu stricto .
Например, в керамических приложениях формула каолинита также может быть записана в терминах оксидов, таким образом, 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
- КАК 2 Н 2 .
Возможное использование CCN в минералогии
Хотя это не очень развитая практика в минералогии, некоторые химические реакции с участием силикатов и оксидов в расплаве или в гидротермальных системах, а также процессы силикатного выветривания также могут быть успешно описаны с применением обозначений химиков цемента к силикатной минералогии.
Примером может служить формальное сравнение гидратации белита и серпентинизации форстерита, касающееся гидратации двух структурно подобных щелочноземельных силикатов, Ca 2 SiO 4 и Mg 2 SiO 4 , соответственно.
- Кальциевая система
- гидратация белита :
- + → +
( Реакция 4а )
- 2 C 2 S + 4 H → C 3 S 2 H 3 + СН
( Реакция 4b )
- Магниевая система
- серпентинизация форстерита :
- + → +
( Реакция 4c )
- 2 M 2 S + 3 H → M 3 S 2 H 2 + MH
( Реакция 4d )
Отношение Ca / Si (C / S) и Mg / Si (M / S) снижается с 2 для силикатных реагентов на основе дикальция и димагния до 1,5 для гидратированных силикатных продуктов реакции гидратации. Другими словами, CSH или серпентин менее богаты Ca и Mg соответственно. Вот почему реакция приводит к удалению избытка портландита (Ca (OH) 2 ) и брусита (Mg (OH) 2 ) соответственно из силикатной системы, что приводит к кристаллизации обоих гидроксидов в виде отдельных фаз. .
Быстрая реакция гидратации белита при схватывании цемента формально является «химическим аналогом» медленной естественной гидратации форстерита (магниевого конечного члена оливина ), приводящего к образованию серпентина и брусита в природе. Тем не менее, кинетика гидратации плохо кристаллизуются искусственным белит гораздо быстрее , чем медленное преобразование / выветривания хорошо кристаллизуются Mg- оливин в естественных условиях.
Это сравнение предполагает, что минералоги, вероятно, также могли бы извлечь выгоду из краткого формализма обозначений химиков цемента в своих работах.
Смотрите также
- Гидратация белита в цементе (аналог гидратации форстерита)
- Реакция гидратации форстерита (оливина) при серпентинизации
Рекомендации
- Locher, Фридрих В. (2006). Цемент: принципы производства и использования . Дюссельдорф, Германия: Verlag Bau + Technik GmbH. ISBN 3-7640-0420-7.
- Mindess, S .; Янг, Дж. Ф. (1981). Бетон . Энглвуд, Нью-Джерси, США: Прентис-Холл. ISBN 0-13-167106-5.
Внешние ссылки
- Глоссарий по цементу и бетону