Kalciumaluminoferrit

Mikrofotografi (0,11 mm) av klinkerpolerad sektion som visar tetrakalciumaluminoferrit ( C
4 AF ) (vit) och trikalciumaluminat ( C
3 A ) (grå) som upptar mellanrummet mellan alit ( C
3 S ) (blå) och belit ( C )
2 S ) (orange) kristaller. Dessa är falska (interferens) färger.

Kalciumaluminoferrit ( Ca
2 (Al, Fe)
2 O
5 ) är en mörkbrun kristallin fas som vanligtvis finns i cement . Inom cementindustrin kallas det tetra-kalciumaluminoferrit eller ferrit. I cementkemistnotation (CCN) förkortas det som C
4 AF som betyder 4CaO· Al
2 O
3 · Fe
2 O
3 i oxidnotationen . Det finns också i naturen som det sällsynta mineralet brownmillerite .

Egenskaper för den rena fasen

I frånvaro av andra grundämnen än kalcium , aluminium , järn och syre , bildar kalciumaluminoferrit en serie av fast lösning med formeln Ca
2 (Al
x Fe
1–x )
2 O
5 för alla värden på x i intervallet 0–0,7. Kompositioner med x > 0,7 existerar inte vid vanliga tryck (se dikalciumaluminat ) . Kristallen är ortorombisk och är normalt ribbadeliknande. Dess densitet varierar från 4026 kg·m −3 (x = 0) till 3614 kg⋅m −3 (x = 0,7). Alla kompositioner smälter inkongruent i intervallet 1400−1450 °C. De är ferromagnetiska , gradvis mer när järnhalten ökar. Dessa faser framställs lätt från oxiderna .

Faser i Portland cementklinker

I Portlandcementklinker förekommer kalciumaluminoferrit ( C
4 AF ) som en "interstitiell fas", som kristalliseras från smältan som reaktionsslutprodukten av flusskomponenterna ( Al
2 O
3 och Fe
2 O
3 ) som tillsätts i råvarorna för att sänka den höga smältpunkten för oxidblandningen CaO
- SiO2 . Dess närvaro i klinker beror uteslutande på behovet av att erhålla vätska vid den högsta ugnsbehandlingstemperaturen (1400−1450 °C), vilket underlättar bildandet av de önskade silikatfaserna. Bortsett från denna fördel är dess effekter på cementegenskaperna lite mer än de av ett utspädningsmedel . Dess bildar en oren fast lösning som avviker markant i sammansättning från den enkla kemiska formeln . Kalciumaluminoferritfasen fungerar som ett förvar för många av de mindre elementen i klinkern. De flesta av övergångsmetallerna i cementen finns i ferritfasen, särskilt titan , mangan och zink . Det finns också en betydande mängd magnesium och kisel , och på grund av detta utgör andra oxider än CaO, Al
2 O
3 och Fe
2 O
3 ofta 15 % av massan av kalciumaluminoferriten. Denna substitution sänker dess smältpunkt till cirka 1350 °C.

Den typiska kemiska sammansättningen av kalciumaluminoferrit ( C
4 AF ) för tre olika klinkerbulk- Fe
2 O
3 -innehåll anges i nästa tabell. %
Medelkompositionen
för Al2O3 kalciumaluminoferrit domineras klart av CaO (43,7 vikt-%), Fe2O3
(
19,3 vikt- ) och (25,4 vikt-%) . Medelhalten i SiO
2 (4,2 vikt-%) och andra oxider är marginella.

Kemisk sammansättning av kalciumaluminoferrit ( C
4 AF ) som en funktion av bulkkoncentrationen (mass-% eller vikt-%) av Fe
2 O
3 i klinkern
Oxid massa % massa % massa %

Bulk Fe
2 O
3 i klinker 		0,29 2,88 4,87
SiO
2 		4.0 2.6 6.1
Al2O3
_ _
_ 		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
Na2O
_ _ 		0,1 0,1 0,1
K
2 O 		0,1 0,1 0,1
TiO
2 		1.9 2.7 1.7
Mn2O3
_ _
_ 		0,1 0,3 1.5
ZnO 1.1 0,1 0,9

Observera att summan av halterna Al
2 O
3 och Fe
2 O
3 i kalciumaluminoferrit ( C
4 AF ) i tabellen här ovan förblir konstant på 44,7 mass-% som illustreras i tabellen nedan.

Summan av Al
2 O
3 och Fe
2 O
3 i C
4 AF i tabellen ovan
Oxid massa % massa % massa %

Bulk Fe
2 O
3 i klinker 		0,29 2,88 4,87
Al2O3
_ _
_ 		20.2 20.8 17,0
Fe
2 O
3 		24.5 23.9 27.7
Belopp 44,7 44,7 44,7

Beteende i cement

Kalciumaluminoferrit (
C4AF ) har liten effekt på cementens fysikaliska egenskaper. Vid hydrering bildas hydrogarnet (4 CaO· Al
2 O
3 · n H
2 O ) och hydratiserad järnoxidgel . I princip är detta en snabb och energisk exoterm reaktion, men utfällning av ett olösligt skikt av hydratiserad järnoxid på kalciumaluminoferritkristallytan bildar en barriär för ytterligare reaktion. När det gäller Portlandcement bildar efterföljande långsam reaktion med löst sulfat en AFm-fas , som har försumbara hållfasthetsgivande egenskaper. När det gäller kalciumaluminatcement (CAC) är situationen mindre entydig, men det är litet bidrag till tidig styrka. Kalciumaluminoferrit är också närvarande i kalciumsulfoaluminat (CSA) cement, och återigen bidrar ingen styrka.

Se även

De tre andra huvudsakliga mineralfaserna i Portland cementklinker är:

Vidare läsning

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Calcium_aluminoferrite&oldid=1131590416 "