Aluminato tricálcico - Tricalcium aluminate
Nomes | |
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Outros nomes
aluminato, C 3 A
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Identificadores | |
Modelo 3D ( JSmol )
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ECHA InfoCard | 100.031.744 |
Número EC | |
PubChem CID
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Painel CompTox ( EPA )
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Propriedades | |
Ca 3 Al 2 O 6 , ou 3CaO · Al 2 O 3 | |
Massa molar | 270,193 g / mol |
Densidade | 3,064 g / cm 3 |
Ponto de fusão | 1.542 ° C (2.808 ° F; 1.815 K) (se decompõe) |
Perigos | |
Pictogramas GHS | |
Palavra-sinal GHS | Aviso |
H319 | |
P264 , P280 , P305 + 351 + 338 , P313 | |
Exceto onde indicado de outra forma, os dados são fornecidos para materiais em seu estado padrão (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). |
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verificar (o que é ?) | |
Referências da Infobox | |
O aluminato tricálcico Ca 3 Al 2 O 6 , frequentemente formulado como 3CaO · Al 2 O 3 para destacar as proporções dos óxidos de que é feito, é o mais básico dos aluminatos de cálcio . Não ocorre na natureza, mas é uma fase mineral importante no cimento Portland .
Propriedades
O aluminato tricálcico puro é formado quando as proporções apropriadas de óxido de cálcio finamente dividido e óxido de alumínio são aquecidos juntos acima de 1300 ° C. A forma pura é cúbica, com dimensão de célula unitária 1,5263 nm e densidade 3064 kg · m -3 . Ele funde com decomposição em 1542 ° C. A célula unitária contém 8 ânions cíclicos de Al 6 O 18 18 , que podem ser considerados consistindo em 6 tetraedros de AlO 4 compartilhando vértices . A estrutura do aluminato tricálcico líquido puro contém principalmente tetraedros de AlO 4 em uma rede infinita, com uma concentração ligeiramente maior de oxigênio em ponte do que o esperado da composição e cerca de 10% de monômeros de AlO 4 não conectados e dímeros de Al 2 O 7 .
No clínquer de cimento Portland , o aluminato tricálcico ocorre como uma "fase intersticial", cristalizando a partir do fundido. Sua presença no clínquer se deve exclusivamente à necessidade de obtenção de líquido na temperatura máxima de processamento do forno (1400–1450 ° C), facilitando a formação das fases de silicato desejadas. Além deste benefício, seus efeitos nas propriedades do cimento são na maioria indesejáveis. Ele forma uma fase de solução sólida impura, com 15-20% dos átomos de alumínio substituídos por silício e ferro, e com quantidades variáveis de átomos de metal alcalino substituindo o cálcio, dependendo da disponibilidade de óxidos alcalinos no fundido. A forma impura tem pelo menos quatro polimorfos:
Alcali% m / m | Designação | Cristal |
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0-1,0 | C I | Cúbico |
1,0-2,4 | C II | Cúbico |
3,7-4,6 | O | Ortorrômbico |
4,6-5,7 | M | Monoclínico |
As composições químicas típicas são:
Óxido | Massa% cúbica | Massa% ortorrômbica |
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SiO 2 | 3,7 | 4,3 |
Al 2 O 3 | 31,3 | 28,9 |
Fe 2 O 3 | 5,1 | 6,6 |
CaO | 56,6 | 53,9 |
MgO | 1,4 | 1,2 |
Na 2 O | 1.0 | 0,6 |
K 2 O | 0,7 | 4,0 |
TiO 2 | 0,2 | 0,5 |
Efeito nas propriedades do cimento
De acordo com sua alta basicidade, o aluminato tricálcico reage mais fortemente com a água de todos os aluminatos de cálcio e também é a mais reativa das fases de clínquer Portland. Sua hidratação para fases da forma Ca 2 AlO 3 (OH) • n H 2 O leva ao fenômeno de “flash set” (conjunto instantâneo), e uma grande quantidade de calor é gerada. Para evitar isso, os cimentos do tipo Portland incluem uma pequena adição de sulfato de cálcio (normalmente 4-8%). Os íons sulfato em solução levam à formação de uma camada insolúvel de etringita (3CaO • Al 2 O 3 • 3CaSO 4 • 32 H 2 O sobre a superfície dos cristais de aluminato, passivando-os. O aluminato reage lentamente para formar a fase AFm 3CaO • Al 2 O 3 • CaSO 4 • 12 H 2 O Esses hidratos contribuem pouco para o desenvolvimento de força.
O aluminato tricálcico está associado a três efeitos importantes que podem reduzir a durabilidade do concreto:
- liberação de calor, que pode causar superaquecimento espontâneo em grandes massas de concreto. Quando necessário, os níveis de aluminato tricálcico são reduzidos para controlar esse efeito.
- ataque de sulfato, no qual as soluções de sulfato às quais o concreto está exposto reagem com a fase AFm para formar etringita . Essa reação é expansiva e pode romper o concreto maduro. Onde o concreto deve ser colocado em contato com, por exemplo, águas subterrâneas carregadas de sulfato, um cimento "resistente ao sulfato" (com baixos níveis de aluminato tricálcico) é usado ou escória é adicionada ao cimento ou à mistura de concreto . A escória contribui com alumínio suficiente para suprimir a formação de etringita.
- formação de etringita retardada , onde o concreto é curado a temperaturas acima da temperatura de decomposição da etringita (cerca de 65 ° C). No resfriamento, ocorre a formação de etringita expansiva.
Por serem ainda mais básicos, os polimorfos carregados de álcali são correspondentemente mais reativos. Quantidades apreciáveis (> 1%) no cimento dificultam o controle da pega e o cimento torna-se excessivamente higroscópico. A fluidez do pó de cimento é reduzida e grumos endurecidos tendem a se formar. Eles retiram água do gesso no armazenamento do cimento, levando a uma falsa presa. Por isso, sua formação é evitada sempre que possível. É mais energeticamente favorável para o sódio e o potássio formarem sulfatos e cloretos no forno , mas se o íon sulfato insuficiente estiver presente, quaisquer álcalis excedentes se congregarão na fase de aluminato. A alimentação e o combustível no sistema do forno são preferencialmente controlados quimicamente para manter o sulfato e os álcalis em equilíbrio. No entanto, essa estequiometria só é mantida se houver um excedente substancial de oxigênio na atmosfera do forno: se as "condições de redução" se estabelecerem, o enxofre será perdido como SO 2 e os aluminatos reativos começarão a se formar. Isso é prontamente monitorado pelo rastreamento do nível de sulfato de clínquer de hora em hora.
Etapas de hidratação
A água reage instantaneamente com o aluminato tricálcico. A hidratação provavelmente começa já durante a moagem do clínquer devido à umidade residual e à desidratação dos aditivos de gesso. O contato inicial com a água causa a protonação de átomos de oxigênio com ligações simples nos anéis de aluminato e leva à formação de hidróxido de cálcio. As próximas etapas na sequência da reação de hidratação envolvem os íons hidróxido gerados como nucleófilos fortes, que hidrolisam totalmente a estrutura do anel em combinação com água.