 | Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . ( сентябрь 2013 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
| Имена | |
|---|---|
| Другие имена алюминат, C 3 A | |
| Идентификаторы | |
3D модель ( JSmol ) | |
| ECHA InfoCard | 100.031.744  |
| Номер ЕС |
|
PubChem CID | |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| |
| |
| Характеристики | |
| Ca 3 Al 2 O 6 или 3CaO · Al 2 O 3 | |
| Молярная масса | 270,193 г / моль |
| Плотность | 3,064 г / см 3 |
| Температура плавления | 1,542 ° С (2,808 ° F, 1815 К) (разлагается) |
| Опасности | |
| Пиктограммы GHS |  |
| Сигнальное слово GHS | Предупреждение |
| H319 | |
| P264 , P280 , P305 + 351 + 338 , P313 | |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |
 проверить ( что есть ?)  | |
| Ссылки на инфобоксы | |
Алюминат трикальция Ca 3 Al 2 O 6 , часто формулируемый как 3CaO · Al 2 O 3, чтобы подчеркнуть пропорции оксидов, из которых он сделан, является самым основным из алюминатов кальция . Он не встречается в природе, но является важной минеральной фазой портландцемента .
Свойства [ править ]
Чистый трехкальциевого алюмината образуется , когда соответствующие пропорции тонко измельченного оксида кальция и оксида алюминия нагревают вместе выше 1300 ° С. Чистая форма - кубическая, с размером элементарной ячейки 1,5263 нм [1] и имеет плотность 3064 кг · м −3 . Плавится с разложением при 1542 ° C. Элементарная ячейка содержит 8 циклических анионов Al 6 O 18 18− , которые можно рассматривать как состоящие из 6 тетраэдров AlO 4 с общими углами . [2] Структура чистого жидкого алюмината трикальция содержит в основном AlO 4.тетраэдры в бесконечной сетке, с немного более высокой концентрацией мостикового кислорода, чем ожидалось из состава, и около 10% несвязанных мономеров AlO 4 и димеров Al 2 O 7 . [3]
В клинкере портландцемента трикальцийалюминат 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 в большинстве случаев нежелательно. Он образует загрязненную фазу твердого раствора, в которой 15-20% атомов алюминия заменены кремнием и железом, а также с переменным количеством атомов щелочного металла, замещающим кальций, в зависимости от наличия оксидов щелочных металлов в расплаве. У нечистой формы есть как минимум четыре полиморфа:
| Щелочь% м / м | Обозначение | Кристалл |
|---|---|---|
| 0–1,0 | C I | Кубический |
| 1.0–2.4 | C II | Кубический |
| 3,7-4,6 | О | Орторомбический |
| 4,6-5,7 | M | Моноклиника |
Типичные химические составы:
| Окись | Масса% куб. | Массовый% Орторомбический |
|---|---|---|
| SiO 2 | 3,7 | 4.3 |
| Al 2 O 3 | 31,3 | 28,9 |
| Fe 2 O 3 | 5.1 | 6,6 |
| CaO | 56,6 | 53,9 |
| MgO | 1.4 | 1.2 |
| Na 2 O | 1.0 | 0,6 |
| К 2 О | 0,7 | 4.0 |
| TiO 2 | 0,2 | 0,5 |
Влияние на свойства цемента [ править ]
Благодаря своей высокой основности, трикальцийалюминат наиболее сильно реагирует с водой из всех алюминатов кальция, а также является наиболее реакционной из фаз портландского клинкера. Его гидратация до фаз в форме Ca 2 AlO 3 (OH) • n H 2 O приводит к явлению «мгновенного схватывания» (мгновенного схватывания) с выделением большого количества тепла. Чтобы избежать этого, цементы портландского типа включают 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 Oпо поверхности кристаллов алюмината, пассивируя их. Затем алюминат медленно реагирует с образованием AFm-фазы 3CaO • Al 2 O 3 • CaSO 4 • 12 H 2 O. Эти гидраты мало способствуют развитию прочности.
Алюминат трикальция связан с тремя важными эффектами, которые могут снизить долговечность бетона:
- тепловыделение, которое может вызвать самопроизвольный перегрев больших масс бетона. При необходимости уровни трикальцийалюмината снижают, чтобы контролировать этот эффект.
- сульфатная атака, при которой сульфатные растворы, которым подвергается бетон, реагируют с фазой AFm с образованием эттрингита . Эта реакция обширна и может разрушить зрелый бетон. Если бетон должен контактировать, например, с сульфатно-насыщенными грунтовыми водами, либо используется «сульфатостойкий» цемент (с низким содержанием трикальцийалюмината), либо в цемент или бетонную смесь добавляют шлак. . Шлак содержит достаточно алюминия для подавления образования эттрингита.
- замедленное образование эттрингита , когда бетон отверждается при температурах, превышающих температуру разложения эттрингита (около 65 ° C). При охлаждении происходит экспансивное образование эттрингита.
Поскольку они еще более основные, полиморфы, содержащие щелочь, соответственно, более реакционноспособны. Значительные количества (> 1%) в цементе затрудняют контроль схватывания, и цемент становится чрезмерно гигроскопичным. Снижается сыпучесть цементного порошка, и обычно образуются комки, затвердевшие на воздухе. Они забирают воду из гипса при хранении цемента, что приводит к ложному схватыванию. По этой причине по возможности избегают их образования. Для натрия и калия энергетически более выгодно образовывать сульфаты и хлориды в печи., но если присутствует недостаточное количество сульфат-иона, любые излишки щелочей собираются в алюминатной фазе. Подача и топливо в системе печи предпочтительно регулируются химически, чтобы поддерживать баланс сульфатов и щелочей. Однако эта стехиометрия сохраняется только при наличии значительного избытка кислорода в атмосфере печи: если наступают «восстановительные условия», сера теряется в виде SO 2 , и начинают образовываться химически активные алюминаты. Это легко контролировать, отслеживая уровень сульфата клинкера на часовой основе.
Шаги гидратации [ править ]
Вода мгновенно вступает в реакцию с трехкальциевым алюминатом. Вероятно, гидратация начинается уже при измельчении цементного клинкера из-за остаточной влажности и обезвоживания гипсовых добавок. Первоначальный контакт с водой вызывает протонирование одинарных связанных атомов кислорода на алюминатных кольцах и приводит к образованию гидроксида кальция. [4] Следующие шаги в последовательности реакции гидратации включают генерируемые ионы гидроксида в качестве сильных нуклеофилов, которые полностью гидролизуют кольцевую структуру в сочетании с водой.
Ссылки [ править ]
- ^ HFW Taylor, Cement Chemistry , Academic Press, 1990, ISBN 0-12-683900-X , стр 23
- ^ P. Mondal и JW Jeffery, Кристаллическая структура трикальцийалюмината, Ca 3 Al 2 O 6 , Acta Crystallogr. (1975). B31, 689-697, DOI : 10,1107 / S0567740875003639
- ^ Drewitt, Джеймс WE; и другие. (2017). «Структура жидкого трикальцийалюмината» . Physical Review B . 95 (6): 064203. DOI : 10,1103 / PhysRevB.95.064203 . HDL : 1983 / 2dd23037-2924-4b98-a6a1-69c2393cb7f1 . Проверено 12 июля 2018 .
- ^ RK Mishra, L. Fernández-Carrasco, RJ Flatt, H. Heinz, Силовое поле для алюмината трикальция для характеристики свойств поверхности, начальной гидратации и органически модифицированных границ раздела в атомном разрешении, Dalton Trans. (2014). 43, 10602-10616, DOI : 10.1039 / C4DT00438H
