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Aluminate tricalcique

Aluminate tricalcique (3CaO.Al₂O₃) est le plus fondamental du aluminates de calcium. Il ne se produit pas en nature, mais est une phase minérale importante dedans Ciment de Portland.

Propriétés

L'aluminate tricalcique pur est formé quand les proportions appropriées de l'oxyde de calcium fin-divisé et de l'oxyde d'aluminium sont chauffées ensemble au-dessus de 1300°C. Le minerai est cubique, avec la dimension 1.5263 nanomètre de cellules d'unité^[1] et a la densité 3064 kg.m^-3. Il fond avec la décomposition à 1542°C.

En ciment de Portland scories, l'aluminate tricalcique se produit comme « phase interstitielle », se cristallisant de la fonte. Sa présence dans les scories est seulement due à la nécessité d'obtenir le liquide au four maximal traitant la température (1400-1450°C), facilitant la formation des phases désirées de silicate. Indépendamment de cet avantage, ses effets sur des propriétés de ciment sont la plupart du temps indésirables. Il forme une phase pleine impure de solution, avec 15-20% des atomes d'aluminium remplacés par le silicium et le fer, et avec des quantités variables d'atomes alcalins remplaçant le calcium, dépendant de la disponibilité des oxydes d'alcali dans la fonte. La forme impure a au moins quatre polymorphes :

Les compositions chimiques typiques sont :

Effet sur des propriétés de ciment

En accord avec sa basicité élevée, l'aluminate tricalcique réagit le plus fortement avec de l'eau de tous aluminates de calcium, et il est également le plus réactif des phases de scories de Portland. Son hydration aux phases de la forme CA₂AlO₃(L'OH) .nH₂O mène au phénomène du « flash réglé » (ensemble instantané), et une grande quantité de la chaleur est produite. Pour éviter ceci, le Portland-type ciments incluent une petite addition du sulfate de calcium (en général 4-8%). Les ions de sulfate mènent en solution à la formation d'une couche insoluble d'ettringite (3CaO.Al₂O₃.3CaSO₄.32H₂O) au-dessus de la surface des cristaux d'aluminate, les passivant. L'aluminate réagit alors lentement pour former la phase 3CaO.Al d'AFm₂O₃.CaSO₄.12H₂O. Ces hydrates contribuent peu au développement de résistance.

L'aluminate tricalcique est associé à trois effets importants qui peuvent réduire la longévité du béton :

• chauffez le dégagement, qui peut causer la surchauffe spontanée dans les grandes masses du béton. En cas de besoin, des niveaux tricalciques d'aluminate sont réduits pour commander cet effet.
• attaque de sulfate, dans laquelle les solutions de sulfate auxquelles le béton est exposé réagissent avec la phase d'AFm à l'ettringite de forme. Cette réaction est expansible, et peut perturber le béton mûr. En contact avec là où le béton doit être placé, par exemple, les eaux souterraines sulfate-chargées, l'un ou l'autre un ciment « de sulfate-résistance » (avec les niveaux bas de l'aluminate tricalcique) est employé, ou scories est ajouté au ciment ou au mélange de béton. Les scories contribuent le suffisamment d'aluminium pour supprimer la formation de l'ettringite.
• formation retardée d'ettringite, où le béton est traité aux températures au-dessus de la température de décomposition de l'ettringite (au sujet de 65°C). Au refroidissement, la formation expansible d'ettringite a lieu.

Puisqu'ils sont bien plus fondamentaux, les polymorphes alcali-chargés sont également plus réactifs. Les quantités appréciables (>1%) en ciment rendent la commande réglée difficile, et le ciment devient excessivement hygroscopique. La fluidité de poudre de ciment est réduite, et air-a placé des morceaux tendent à former. Ils retirent l'eau du gypse à l'entreposage du ciment, menant à l'ensemble faux. Pour cette raison, leur formation est évitée dans la mesure du possible. Il est plus énergétiquement favorable pour que le sodium et le potassium forme des sulfates et des chlorures dans four, mais si l'ion insuffisant de sulfate est présent, tous les alcalis en surplus rassemblent dans la phase d'aluminate. L'alimentation et le carburant dans le système de four sont de préférence commandés chimiquement pour maintenir le sulfate et les alcalis dans l'équilibre. Cependant, cette stoechiométrie est seulement maintenue s'il y a de l'oxygène en surplus substantiel dans l'atmosphère de four : si la « réduction des conditions » plaçait dedans, alors du soufre est perdu en tant qu'AINSI₂, et début réactif d'aluminates à la forme. Ceci est aisément surveillé en dépistant le niveau de sulfate de scories sur une base de heure-à-heure.

Références

1. ^ H F W Taylor, Chimie de ciment, Édition académique, 1990, ISBN 0-12-683900-X, pp 23