Tricalcium aluminaat

Tricalcium aluminaat (3CaO.Al₂O₃) is het meest basis van calcium aluminaten. Het komt niet in aard voor, maar is binnen een belangrijke minerale fase Portlandcement.

Eigenschappen

Het zuivere tricalcium aluminaat wordt gevormd wanneer de aangewezen aandelen van fijn-verdeeld calciumoxyde en aluminiumoxyde samen boven 1300°C. worden verwarmd. Het mineraal is kubiek, met de afmeting van de eenheidscel 1.5263 NM^[1] en heeft dichtheid 3064 kg.m^-3. Het smelt met decompositie bij 1542°C.

In Portlandcement clinker, komt tricalcium aluminaat voor als „tussenliggende fase“, kristalliserend van de smelting. Zijn aanwezigheid in clinker is alleen toe te schrijven aan de behoefte om vloeistof bij de piektemperatuur van de ovenverwerking te verkrijgen (1400-1450°C), vergemakkelijkend de vorming van de gewenste silicaatfasen. Behalve dit voordeel, zijn zijn gevolgen voor cementeigenschappen meestal ongewenst. Het vormt een onzuivere stevige oplossingsfase, met 15-20% van de aluminiumatomen die door silicium en ijzer worden vervangen, en met veranderlijke hoeveelheden alkali-metal atomen die calcium vervangen, afhangend van de beschikbaarheid van alkalioxyden in de smelting. De onzuivere vorm heeft minstens vier polymorphs:

Alkali % m/m	Benoeming	Kristal
0-1.0	C_I	Kubiek
1.0-2.4	C_II	Kubiek
3.7-4.6	O	Orthorhombic
4.6-5.7	M	Monoclien

De typische chemische samenstellingen zijn:

Oxyde	Massa Kubieke %	Massa Orthorhombic %
SiO₂	3.7	4.3
Al₂O₃	31.3	28.9
Fe₂O₃	5.1	6.6
CaO	56.6	53.9
MgO	1.4	1.2
Na₂O	1.0	0.6
K₂O	0.7	4.0
TiO₂	0.2	0.5

Effect op cementeigenschappen

In overeenstemming met zijn hoge basiciteit, reageert tricalcium aluminaat sterkst met water van alle calciumaluminaten, en het is ook het meest reactief van de clinker van Portland fasen. Zijn hydratie aan fasen van vormCa₂AlO₃(OH) .nH₂O leidt tot het fenomeen van „flitsreeks“ (onmiddellijke reeks), en een grote hoeveelheid hitte wordt geproduceerd. Om dit te vermijden, omvat het Portland-Type cement een kleine toevoeging van calciumsulfaat (typisch 4-8%). De ionen van het sulfaat in oplossing leiden tot de vorming van een onoplosbare laag van ettringite (3CaO.Al₂O₃.3CaSO₄.32H₂O) over de oppervlakte die van de aluminaatkristallen, hen passiveert. Het aluminaat reageert dan langzaam om de AFm fase 3CaO.Al te vormen₂O₃.CaSO₄.12H₂O. Deze hydraten dragen weinig tot sterkteontwikkeling bij.

Tricalcium aluminaat wordt geassoci�ërd met drie belangrijke gevolgen die de duurzaamheid van beton kunnen verminderen:

hitte versie, die het spontane oververhitten in grote massa's van beton kan veroorzaken. Waar de noodzakelijke, tricalcium aluminaatniveaus worden verminderd om dit effect te controleren.
sulfaat aanval, waarin de sulfaatoplossingen waaraan het beton wordt blootgesteld met de fase AFm aan vormettringite reageren. Deze reactie is expansief, en kan rijp beton onderbreken. Waar het beton moet worden geplaatst in contact met, bijvoorbeeld, wordt het sulfaat-geladen grondwater, of „sulfaat-zichverzettend“ tegen cement (met lage niveaus van tricalcium aluminaat) gebruikt, of slakken wordt toegevoegd aan het cement of aan de concrete mengeling. De slakken dragen voldoende aluminium ertoe bij om vorming van ettringite te onderdrukken.
vertraagde ettringite vorming, waar het beton bij temperaturen boven de decompositietemperatuur van ettringite (ongeveer 65°C) wordt genezen. Voor het koelen, vindt de expansieve ettringite vorming plaats.

Omdat zij meer basis zijn, alkali-geladen zijn polymorphs navenant meer reactief. De merkbare bedragen (>1%) in cement maken vastgestelde controle moeilijk, en het cement wordt bovenmatig hygroscopisch. De vloeibaarheid van het cementpoeder wordt verminderd, en stukken plaatsen neigt zich te vormen. Zij trekken water van gips bij de opslag van het cement terug, dat tot valse reeks leidt. Om deze reden, wordt hun vorming waar mogelijk vermeden. Het is meer energiek gunstig voor natrium en kalium om sulfaten en chloriden in te vormen oven, maar als het ontoereikende sulfaation aanwezig is, komen om het even welke surplusalkali in de aluminaatfase samen. Het voer en de brandstof in het ovensysteem worden bij voorkeur gecontroleerd chemisch om het sulfaat en de alkali in evenwicht te houden. Nochtans, wordt deze stoichiometrie slechts gehandhaafd als er wezenlijke surpluszuurstof in de ovenatmosfeer is: als „verminderend voorwaarden“ binnen plaats, dan wordt de zwavel verloren zoals ZO₂, en reactief aluminatenbegin aan vorm. Dit wordt gemakkelijk gecontroleerd door het clinker sulfaatniveau op een uur-aan-uur basis te volgen.

Verwijzingen

^ H F W Taylor, De Chemie van het cement, Academische Pers, 1990, ISBN 0-12-683900-x, pp 23

The original article is from Wikipedia. To view the original article please click here.
Creative Commons Licence

Custom Search