แคลเซียมอะลูมิโนเฟอร์ไรต์

Q: คุณสมบัติของเฟสบริสุทธิ์

ในกรณีที่ไม่มีธาตุอื่นนอกจาก แคลเซียม อะลูมิเนียม เหล็ก และ ออกซิเจน แคลเซียมอะลูมิโนเฟอร์ไรต์จะเกิดเป็นชุดสารละลาย ของแข็ง ที่มีสูตรทางเคมี เป็น Ca 2 (อัล) x เฟ 1−x ) 2 โอ 5 สำหรับค่า x ทั้งหมดในช่วง 0–0.7 [ 1 ] : 28–32 องค์ประกอบที่มี x > 0.

ภาพถ่ายจุลทรรศน์ (0.11 มม.) ของ หน้าตัดขัดเงา ของคลินเกอร์ที่แสดงเตตระแคลเซียมอะลูมิโนเฟอร์ไรต์ ( C)₄AF ) (สีขาว) และไตรแคลเซียมอะลูมิเนต ( C )₃A ) (สีเทา) ครอบครองพื้นที่ระหว่างอะไลต์ ( C)₃S ) (สีน้ำเงิน) และเบไลต์ ( C )₂ผลึก (สีส้ม) เหล่านี้เป็นสีปลอม (สีแทรกซ้อน)

แคลเซียมอะลูมิโนเฟอร์ไรต์ ( Ca)₂(อะลูมิเนียม, เหล็ก)₂โอ₅( ) เป็นเฟสผลึกสีน้ำตาลเข้มที่พบได้ทั่วไปในซีเมนต์ในอุตสาหกรรมซีเมนต์เรียกว่า เตตระแคลเซียมอะลูมิโนเฟอร์ไรต์ หรือ เฟอร์ไรต์ ในระบบการเขียนทางเคมีของซีเมนต์ (CCN) จะย่อเป็นC₄AFหมายถึง4CaO· Al₂โอ₃· เฟ₂โอ₃ใน สัญลักษณ์ ออกไซด์นอกจากนี้ยังพบได้ในธรรมชาติในรูปของแร่หายากที่เรียกว่า บราวน์มิลเลอไรต์(brownmillerite )

คุณสมบัติของเฟสบริสุทธิ์

ในกรณีที่ไม่มีธาตุอื่นนอกจากแคลเซียมอะลูมิเนียมเหล็กและออกซิเจนแคลเซียมอะลูมิโนเฟอร์ไรต์จะเกิดเป็นชุดสารละลายของแข็ง ที่มีสูตรทางเคมี เป็นCa ₂(อัล)_xเฟ_1−x)₂โอ₅สำหรับค่า x ทั้งหมดในช่วง 0–0.7 ^{[ 1 ]}^{: 28–32} องค์ประกอบที่มี x > 0.7 ไม่มีอยู่ภายใต้ความดันปกติ (ดูไดแคลเซียมอะลูมิเนต ) ผลึกเป็นแบบออร์โธรอมบิกและโดยปกติจะมีลักษณะเป็นแผ่นบางความหนาแน่นแปรผันจาก 4026 กก.·ม^⁻³ (x = 0) ถึง 3614 กก.·ม^⁻³ (x = 0.7) องค์ประกอบทั้งหมดหลอมเหลว แบบไม่สอดคล้องกันในช่วง 1400–1450 °C พวกมันเป็นแม่เหล็กเฟอร์ โรแมกเนติก และยิ่งมากขึ้นเมื่อปริมาณเหล็กเพิ่มขึ้น เฟสเหล่านี้สามารถเตรียมได้ง่ายจากออกไซด์

ขั้นตอนต่างๆ ในปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์คลินเกอร์

ในปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์คลินเกอร์ มีแคลเซียมอะลูมิโนเฟอร์ไรต์ ( C)₄AF ) เกิดขึ้นเป็น "เฟสแทรก" โดยตกผลึกจากสารหลอมเหลวเป็นผลิตภัณฑ์สุดท้ายของปฏิกิริยาของ ส่วนประกอบ ฟลักซ์ ( Al)₂โอ₃และเฟ₂โอ₃(เติมลงในวัตถุดิบเพื่อลดจุดหลอมเหลวสูงของส่วนผสมออกไซด์ CaO- SiO)₂การมีอยู่ของแคลเซียมอะลูมิโนเฟอร์ไรต์ในคลินเกอร์นั้นเกิดจากความจำเป็นในการทำให้ได้ของเหลวที่อุณหภูมิสูงสุด ของการเผา ในเตา (1400−1450 °C) ซึ่งช่วยให้เกิดการก่อตัวของเฟสซิลิเกตที่ต้องการ นอกเหนือจากประโยชน์นี้แล้ว ผลกระทบต่อคุณสมบัติของซีเมนต์นั้นแทบจะไม่ต่างจากสารเจือจางเลยมันก่อตัวเป็นสารละลายของแข็งที่ไม่บริสุทธิ์ซึ่งมีองค์ประกอบที่เบี่ยงเบนไปจากสูตรทางเคมี อย่างง่ายอย่างเห็นได้ชัด เฟสแคลเซียมอะลูมิโนเฟอร์ไรต์ทำหน้าที่เป็นแหล่งสะสมของ ธาตุรองหลายชนิดในคลินเกอร์ โลหะทรานซิชันส่วนใหญ่ในซีเมนต์พบอยู่ในเฟสเฟอร์ไรต์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งไทเทเนียมแมงกานีสและสังกะสีนอกจากนี้ยังมีแมกนีเซียมและซิลิคอน ในปริมาณมาก และด้วยเหตุนี้จึงมีออกไซด์อื่นๆ นอกเหนือจาก CaO และAl อยู่ ด้วย ₂โอ₃และเฟ₂โอ₃โดยทั่วไปแล้วธาตุนี้คิดเป็น 15% ของมวลของแคลเซียมอะลูมิโนเฟอร์ไรต์ การแทนที่ด้วยธาตุนี้ทำให้จุดหลอมเหลว ลด ลงเหลือประมาณ 1350 องศาเซลเซียส

องค์ประกอบทางเคมีทั่วไปของแคลเซียมอะลูมิโนเฟอร์ไรต์ ( C)₄AF ) สำหรับเหล็ก ก้อนคลินเกอร์สามชนิดที่แตกต่างกัน₂โอ₃เนื้อหาแสดงอยู่ในตารางถัดไป^{[ 1 ]}^{: 10}^,^{[ 2 ]}^{: 160}องค์ประกอบเฉลี่ยของแคลเซียมอะลูมิโนเฟอร์ไรต์นั้นถูกครอบงำโดย CaO อย่างชัดเจน (43.7 wt. %), Al₂โอ₃(19.3 wt%) และFe₂โอ₃(25.4 wt. %) ปริมาณเฉลี่ยในSiO₂(4.2 wt. %) และออกไซด์อื่นๆ มีปริมาณน้อยมาก

องค์ประกอบทางเคมีของแคลเซียมอะลูมิโนเฟอร์ไรต์ ( C)₄AF ) เป็นฟังก์ชันของความเข้มข้นโดยรวม (ร้อยละโดยมวล หรือ wt. %) ของFe₂โอ₃ในคลินเกอร์^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}
ออกไซด์	มวล %	มวล %	มวล %
เหล็กจำนวนมาก₂โอ₃ในคลินเกอร์	0.29	2.88	4.87
ซิโอ₂	4.0	2.6	6.1
อัล₂โอ₃	20.2	20.8	17.0
เฟ₂โอ₃	24.5	23.9	27.7
CaO	44.6	46.4	40.2
เอ็มจีโอ	3.7	3.1	4.9
นา₂โอ	0.1	0.1	0.1
เค₂โอ	0.1	0.1	0.1
ไทโอ₂	1.9	2.7	1.7
มน.₂โอ₃	0.1	0.3	1.5
ZnO	1.1	0.1	0.9

โปรดทราบว่าผลรวมของAl₂โอ₃และเฟ₂โอ₃เนื้อหาในแคลเซียมอะลูมิโนเฟอร์ไรต์ ( C)₄AFในตารางด้านบนยังคงที่ที่ 44.7 เปอร์เซ็นต์โดยมวล ดังแสดงในตารางด้านล่างนี้

ผลรวมของอัล₂โอ₃และเฟ₂โอ₃ในC₄AFในตารางด้านบน
ออกไซด์	มวล %	มวล %	มวล %
เหล็กจำนวนมาก₂โอ₃ในคลินเกอร์	0.29	2.88	4.87
อัล₂โอ₃	20.2	20.8	17.0
เฟ₂โอ₃	24.5	23.9	27.7
ผลรวม	44.7	44.7	44.7

พฤติกรรมในซีเมนต์

แคลเซียมอะลูมิโนเฟอร์ไรต์ ( C)₄AF ) มีผลเพียงเล็กน้อยต่อคุณสมบัติทางกายภาพของซีเมนต์ เมื่อเกิดการไฮเดรชั่นจะเกิดเป็น^{[ 1 ]}^{: 175}ไฮโดรการ์เนต(4 CaO· Al₂โอ₃· n H₂O )และเจล เหล็กออกไซด์ไฮเดรต โดยหลักการแล้ว นี่เป็น ปฏิกิริยา คายความร้อน ที่รวดเร็วและมีพลังงานสูง แต่การตกตะกอนของชั้นเหล็กออกไซด์ไฮเดรตที่ ไม่ละลายน้ำ บนพื้นผิวผลึกแคลเซียมอะลูมิโนเฟอร์ไรต์จะสร้างกำแพงกั้นปฏิกิริยาต่อไป ในกรณีของปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ปฏิกิริยาช้าๆ ที่เกิดขึ้นภายหลังกับซัลเฟต ที่ละลายน้ำ จะก่อให้เกิดเฟส AFmซึ่งมี คุณสมบัติในการให้ ความแข็งแรง น้อยมาก ในกรณีของปูนซีเมนต์แคลเซียมอะลูมิเนต (CAC)^[²^]^{: 726}สถานการณ์ไม่ชัดเจนนัก แต่มีส่วนช่วยต่อความแข็งแรงในช่วงแรกน้อยมาก แคลเซียมอะลูมิโนเฟอร์ไรต์ยังพบได้ในปูนซีเมนต์แคลเซียมซัลโฟอะลูมิเนต (CSA) และก็ไม่มีส่วนช่วยต่อความแข็งแรงเช่นกัน

ดูเพิ่มเติม

แร่ธาตุหลักอีกสามชนิดในปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์คลินเกอร์ ได้แก่:

อไลต์ซี₃Sหรือ3CaO·SiO₂
เบไลต์ซี₂Sหรือ2CaO·SiO₂
ไตรแคลเซียมอะลูมิเนต , C₃Aหรือ3CaO·Al₂โอ₃

อ่านเพิ่มเติม

เทย์เลอร์, แฮร์รี่ เอฟดับบลิว (1997). เคมีซีเมนต์ . โทมัส เทลฟอร์ด. ISBN 978-0-7277-2592-9.
ปีเตอร์ ฮิวเลตต์; มาร์ติน ลิสกา (2019). เคมีของซีเมนต์และคอนกรีตของลี . บัตเตอร์เวิร์ธ-ไฮเนมันน์. ISBN 978-0-08-100795-2.

[ 1 ]

[ 2 ]