Alite - Alite
Alite er en uren form av tricalciumsilikat , Ca
3SiO
5, noen ganger formulert som 3CaO · SiO
2( C
3S i sementkjemisk notasjon ), vanligvis med 3-4% av substituentoksider. Det er den viktigste og karakteristiske fasen i Portland sement . Navnet ble gitt av Törnebohm i 1897 til en krystall identifisert ved mikroskopisk undersøkelse av Portland sement. Hatruritt er navnet på et mineral som er erstattet C
3S .
Sammensetning og struktur
Alitten som finnes i Portland sement skiller seg i sammensetning fra enkelt tricalciumsilikat . Det er en fast løsning og inneholder mindre mengder andre oksider i tillegg til CaO og SiO
2. En typisk sammensetning er:
| Oksid | Masse % |
|---|---|
| CaO | 71.6 |
| SiO 2 | 25.2 |
| Al 2 O 3 | 1.0 |
| Fe 2 O 3 | 0,7 |
| MgO | 1.1 |
| Na 2 O | 0,1 |
| K 2 O | 0,1 |
| P 2 O 5 | 0,2 |
Basert på dette kan formelen uttrykkes som Ca
2,90Mg
0,06Na
0,01Fe
0,03Al
0,04Si
0,95P
0,01O
5. I praksis varierer sammensetningen med massesammensetningen til klinkeren , med visse begrensninger. Bytting av kalsiumioner eller ortosilikationer krever at elektriske ladninger holdes i balanse. For eksempel et begrenset antall ortosilikat ( SiO4−
4) ioner kan erstattes med sulfat ( SO2−
4) ioner, forutsatt at for hver sulfation to aluminat ( AlO5−
4) ioner er også substituert.
Polymorfer
Tricalciumsilikat er termodynamisk ustabilt under 1250 ° C, men kan bevares i metastabil tilstand ved romtemperatur ved rask avkjøling: ved langsom avkjøling har det en tendens til å gå tilbake til belite ( Ca
2SiO
4) og CaO.
Når temperaturen endres, passerer den gjennom flere polymorfe tilstander:
| Temp (° C) | Navn | Krystall |
|---|---|---|
| > 1070 | R | Rhombohedral |
| 1060-1070 | M 3 | Monoklinisk |
| 990-1060 | M 2 | Monoklinisk |
| 980-990 | M 1 | Monoklinisk |
| 920-980 | T 3 | Triclinic |
| 620-920 | T 2 | Triclinic |
| <620 | T 1 | Triclinic |
Polymorfene skiller seg strukturelt ved mindre deformasjoner fra den grunnleggende sekskantede strukturen.
Hydreringstrinn
Alite er hovedfasen i Portland sement som er ansvarlig for innstilling og utvikling av "tidlig" styrke. Det andre silikatet, belitt, bidrar med "sen" styrke på grunn av lavere reaktivitet. Alite er mer reaktiv på grunn av sitt høyere Ca -innhold og tilstedeværelsen av et oksydion i gitteret. Under klinker sliping, første trinn av delvis oppløsning av C 3 S involverer hydratisering av overfladiske oksidioner og fører til en hydroksylert C 3 S overflate.
- 3Ca+
2 + SiO4−
4+ O 2− + H
2O → 3Ca 2+ + SiO4−
4+ 2OH -
Den reagerer med vann (omtrent) i henhold til reaksjonen:
- 2Ca
3SiO
5 + 6H
2O → 3CaO · 2SiO
2· 3H 2 O + 3Ca (OH)
2
Som også kan skrives i sementkjemiker -notasjonen som:
- 2C
3S + 6H → C
3S
2H
3 + 3CH
-
+ 6H
2O → CSH +
Hydratet blir referert til som kalsiumsilikathydrat- "CSH-"-fase. Den vokser som en masse sammenlåsende nåler som gir styrken til det hydrerte sementsystemet. Høy alittreaktivitet er ønskelig ved fremstilling av Portland -sement, og dette oppnås ved så langt som mulig å beholde polymorfer ved høy temperatur i krystaller som er små, forvrengte og sterkt defekte. Defekter gir steder for første vannangrep.
Alite som forløper for silikatfaser funnet i middelaldersk kalkmørtel
Sammensetningen av alitt som er rik på CaO (71,6 vekt %) og relativt dårlig i SiO 2 (25,2 vekt %) (se tabellen ovenfor) kan hjelpe til med å forstå hvorfor det under spesielle forhold er tilstrekkelig høy temperatur i en kalk ovn i løpet av tilstrekkelig tid, alite kan også dannes direkte ved pyrolyse eneste silisiumholdig kalksten (inneholdende amorfe SiO 2 urenheter opp til 25 -. 30 vekt%). Hydraulisk mørtel eller pre-Portland-sement kan ha blitt produsert av og til på en liten skala på denne måten i løpet av middelalder epoken på steder hvor kalksten ble sementert av amorf silika eller finnes chert knuter eller en masse av leire urenheter.
Dette er sannsynligvis grunnen til at noen gamle middelalderske kalkmørtler som ble brukt til å bygge Tournai -katedralen (Belgia), viser en uventet hydraulisk karakter som avslørt av en mineralogisk studie utført av Mertens et al . (2006) som viste tilstedeværelsen av wollastonitt og rankinitt sammen med kalsiumsilikathydratfaser i kalkmørtler. Den eneste forklaringen på oppdagelsen av disse silikatfasene som normalt ikke forventes i kalkmørtel, er at de har blitt dannet ved hydrering av kalsiumsilikat som Ca
3SiO
5(C 3 S) eller Ca
2SiO
4(C 2 S) dannet ved høy temperatur langs kalsiumoksyd i kalkovnen . I området Tournai ( Belgia ) er de turneiske kalksteinene spesielt rike på amorft silika og utnyttet som byggestein og til å lage kalkmørtel siden eldgamle tider. Det er ukjent om katedralbyggerne i dette området var klar over de hydrauliske egenskapene til sin kalkmørtel eller bevisst utviklet bruken etter det tilfeldige funnet.
Gjenkjenning
Se artikkelen om belite .
Se også
Merknader
- ^ a b Taylor, HF W. (1997). Cement Chemistry (2. utg.). London: T. Telford. ISBN 0-7277-2592-0. OCLC 38207086 .
- ^ Bournazel, Jean-Pierre; Malier, Yves; Regourd, Micheline Moranville (1998). Betong, fra materiale til struktur . Rilem Publications. ISBN 2-912143-04-7..
- ^ "Hatrurite" . mindat.org . Hudson Institute of Mineralogy . Hentet 5. november 2020 .
- ^ Taylor, HFW (1990). Sementkjemi . Academic Press. s. 10–11. ISBN 0-12-683900-X. OCLC 925061061 .
- ^ RK Mishra; RJ Flatt; H. Heinz (2013). "Force felt for Tricalcium Silicate og innsikt i nanoskalaegenskaper: Cleavage, Initial Hydration og Adsorption of Organic Molecules". Journal of Physical Chemistry C . 117 (20): 10417–10432. doi : 10.1021/jp312815g .
- ^ Mertens, Gilles; Elsen, Jan; Laduron, Dominique; Brulet, Raymond (2006-12-31). "Minéralogie des silicates de calcium présents dans des mortiers anciens à Tournai" . ArchéoSciences . Varia (30): 61–65. doi : 10.4000/arkeosciences.150 . ISSN 1960-1360 . Hentet 2010-07-21 .