Cementkemiker notation - Cement chemist notation
Cementkemisk notation ( CCN ) blev udviklet for at forenkle de formler, cementkemikere bruger på daglig basis. Det er en stenografisk måde at skrive den kemiske formel for oxider af calcium , silicium og forskellige metaller på .
Forkortelser af oxider
De vigtigste oxider i cement (eller i glas og keramik) forkortes på følgende måde:
| CCN | Faktisk formel | Navn |
|---|---|---|
| C | CaO | Calciumoxid eller kalk |
| S | SiO 2 | Siliciumdioxid eller silica |
| EN | Al 2 O 3 | Aluminiumoxid eller aluminiumoxid |
| F | Fe 2 O 3 | Jernoxid eller rust |
| T | TiO 2 | Titandioxid eller titania |
| M | MgO | Magnesiumoxid eller periclase |
| K | K 2 O | Kaliumoxid |
| N | Na 2 O | Natriumoxid |
| H | H 2 O | Vand |
| C | CO 2 | Carbondioxid |
| S | SÅ 3 | Svovltrioxid |
| P | P 2 O 5 | Fosfor hemi-pentoxid |
Omdannelse af hydroxider i oxid og frit vand
Af hensyn til massebalanceberegninger skal hydroxider, der findes i hydratiserede faser, der findes i hærdet cementpasta, såsom i portlandit , Ca (OH) 2 , først omdannes til oxid og vand.
For bedre at forstå omdannelsesprocessen for hydroxidanioner i oxid og vand er det nødvendigt at overveje autoprotolyse af hydroxylanionerne ; det indebærer en protonudveksling mellem to OH - , som i en klassisk syre -base reaktion :
- + → +
eller også,
- 2 OH - → O 2− + H 2 O
For portlandit giver dette således følgende massebalance:
- Ca (OH) 2 → CaO + H 2 O
Således portlandit kan skrives som CaO · H 2 O eller CH.
Hovedfaser i Portland cement før og efter hydrering
Disse oxider bruges til at bygge mere komplekse forbindelser . De vigtigste krystallinske faser beskrevet i det følgende er relateret til sammensætningen af:
- Klinker og ikke-hydreret Portland cement, og;
- Hærdede cementpastaer opnået efter hydrering og cementhærdning.
Klinker og ikke-hydreret Portland cement
Fire hovedfaser er til stede i klinkeren og i den ikke-hydratiserede Portland- cement .
De dannes ved høj temperatur (1.450 ° C) i cementovnen og er følgende:
| CCN | Faktisk formel | Navn | Mineral fase |
|---|---|---|---|
| C 3 S | 3 CaO · SiO 2 | Tricalciumsilicat | Alite |
| C 2 S | 2 CaO · SiO 2 | Dicalciumsilicat | Belite |
| C 3 A | 3 CaO · Al 2 O 3 | Tricalciumaluminat | Aluminate eller Celite |
| C 4 AF | 4 CaO · Al 2 O 3 · Fe 2 O 3 | Tetracalcium alumino ferrit | Ferrit |
De fire forbindelser benævnt C 3 S, C 2 S, C 3 A og C 4 AF er kendt som de vigtigste krystallinske faser af Portland cement. Fasesammensætningen af en bestemt cement kan kvantificeres gennem et komplekst sæt beregninger kendt som Bogue -formlen .
Hydreret cementpasta
Hydreringsprodukter dannet i hærdet cementpasta (også kendt som HCP) er mere komplicerede, fordi mange af disse produkter har næsten den samme formel, og nogle er faste løsninger med overlappende formler. Nogle eksempler er givet nedenfor:
| CCN | Faktisk formel | Navn eller mineralfase |
|---|---|---|
| CH | Ca (OH) 2 eller CaO · H 2 O | Calciumhydroxid |
| CSH | 0,6-2,0 CaO · SiO 2 · 0,9-2,5 H 2 O, med variabel sammensætning inden for dette område, og ofte også inkorporere partiel substitution for Al for Si | Calciumsilicathydrat |
| CAH | Dette er endnu mere komplekst end CSH | Calciumaluminathydrat |
| AFt | C 6 A S 3 H 32 , undertiden med substitution af Fe for Al og / eller CO2− 3for SO2− 4 |
calciumtrisulfoaluminathydrat eller ettringit |
| AFm | C 4 A S H 12 , ofte med substitution af Fe med Al og/eller forskellige andre anioner, såsom OH - eller CO2− 3for SO2− 4 |
Calciummonosulfoaluminat |
| C 3 AH 6 | 3CaO · Al 2 O 3 · 6 H 2 O | Hydrogarnet |
De bindestreger i CSH indikerer en calciumsilicathydrat fase af variabel sammensætning, mens 'CSH' ville indikere en calciumsilicat fase, CaH 2 SiO 4 .
Anvendelse i keramik, glas og oxidkemi
Cementkemikerbetegnelsen er ikke begrænset til cementapplikationer, men er faktisk en mere generel betegnelse for oxidkemi, der gælder for andre domæner end cementkemi sensu stricto .
For eksempel i keramikapplikationer kan kaolinitformlen også skrives i form af oxider, således den tilsvarende formel for kaolinit,
- Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 ,
er
- Al 2 O 3 · 2 SiO 2 · 2H 2 O
eller i CCN
- AS 2 H 2 .
Mulig anvendelse af CCN i mineralogi
Selvom det ikke er en meget udviklet praksis inden for mineralogi, kan nogle kemiske reaktioner, der involverer silikat og oxid i smelten eller i hydrotermiske systemer, og silikatforvitringsprocesser også med succes beskrives ved at anvende cementkemisk notation på silikatmineralogi.
Et eksempel kunne være den formelle sammenligning af belit hydratisering og forsterit serpentinisation behandler både hydratiseringen af to strukturelt tilsvarende jordarters -alkaline silicater, Ca 2 SiO 4 og Mg 2 SiO 4 hhv.
- Calcium system
- belite hydrering :
-
+ → +
( Reaktion 4a )
-
-
2 C 2 S + 4 H → C 3 S 2 H 3 + CH
( Reaktion 4b )
-
- Magnesium system
- forsterit serpentinisering :
-
+ → +
( Reaktion 4c )
-
-
2 M 2 S + 3 H → M 3 S 2 H 2 + MH
( Reaktion 4d )
-
Forholdet Ca/Si (C/S) og Mg/Si (M/S) falder fra 2 for dicalcium- og dimagnesiumsilicatreagenser til 1,5 for hydratiserede silikatprodukter fra hydreringsreaktionen. På et andet udtryk er CSH eller serpentinen mindre rig på henholdsvis Ca og Mg. Det er derfor, reaktionen fører til eliminering af overskuddet af henholdsvis portlandit (Ca (OH) 2 ) og brucit (Mg (OH) 2 ) ud af silikatsystemet, hvilket giver anledning til krystallisation af begge hydroxider som separate faser .
Den hurtige omsætning af belit hydratisering i fastsættelsen af cement er formelt "kemisk analog" til den langsomme naturlige hydratisering af forsterit (magnesium ende-medlem af olivin ), der fører til dannelsen af slangeformede og brucit i naturen. Imidlertid er kinetikken for hydrering af dårligt krystalliseret kunstig belite meget hurtigere end den langsomme omdannelse/forvitring af godt krystalliseret Mg- olivin under naturlige forhold.
Denne sammenligning tyder på, at mineraloger sandsynligvis også kunne drage fordel af den præcise formalisme af cementkemiker -notationen i deres værker.
Se også
- Hydrering af belite i cement (analog til forsterithydrering)
- Hydreringsreaktion af forsterit (olivin) ved serpentinisering
Referencer
- Locher, Friedrich W. (2006). Cement: Principper for produktion og brug . Düsseldorf, Tyskland: Verlag Bau + Technik GmbH. ISBN 3-7640-0420-7.
- Mindess, S .; Young, JF (1981). Beton . Englewood, NJ, USA: Prentice-Hall. ISBN 0-13-167106-5.
