Aluminoferrita de calcio ( Ca
2(Al, Fe)
2O
5) es una fase cristalina de color marrón oscuro que se encuentra comúnmente en los cementos . En la industria del cemento se le denomina ferrita o aluminoferrita tetracálcica. En notación química de cemento (CCN), se abrevia como C
4AF que significa 4CaO · Al
2O
3· Fe
2O
3 en la notación de óxido . También existe en la naturaleza como el mineral raro brownmillerita .
En ausencia de elementos distintos al calcio , aluminio , hierro y oxígeno , la aluminoferrita de calcio forma una serie de solución sólida de fórmula Ca
2(Alabama
XFe
1 – x)
2O
5para todos los valores de x en el rango 0-0,7. [1] : 28–32 Las
composiciones con x> 0,7 no existen a presiones normales (ver aluminato dicálcico ). El cristal es ortorrómbico y normalmente tiene forma de listón. Su densidad varía de 4026 kg · m −3 (x = 0) a 3614 kg⋅m −3 (x = 0,7). Todas las composiciones se funden de forma incongruente en el intervalo de 1400-1450 ° C. Son ferromagnéticos , progresivamente más a medida que aumenta el contenido de hierro. Estas fases se preparan fácilmente a partir de los óxidos .
En clínker de cemento Portland , aluminoferrita de calcio ( C
4AF ) ocurre como una "fase intersticial", que cristaliza a partir de la masa fundida como el producto final de la reacción de los componentes del fundente ( Al
2O
3y Fe
2O
3) añadido en las materias primas para reducir el alto punto de fusión de la mezcla de óxido CaO- SiO
2. Su presencia en el clínker se debe únicamente a la necesidad de obtener líquido a la temperatura máxima de procesamiento del horno (1400-1450 ° C), facilitando la formación de las fases de silicato deseadas. Aparte de este beneficio, sus efectos sobre las propiedades del cemento son poco más que los de un diluyente . Forma una solución sólida impura que se desvía notablemente en composición de la fórmula química simple . La fase de aluminoferrita de calcio actúa como depósito de muchos de los elementos menores del clínker. La mayoría de los metales de transición del cemento se encuentran en la fase de ferrita, en particular titanio , manganeso y zinc . También hay una cantidad sustancial de magnesio.y silicio , y debido a esto, los óxidos distintos de CaO, Al
2O
3y Fe
2O
3a menudo constituyen el 15% de la masa de la aluminoferrita de calcio. Esta sustitución reduce su punto de fusión a alrededor de 1350 ° C.
La composición química típica de la aluminoferrita de calcio ( C
4AF ) para tres diferentes Fe a granel de clinker
2O
3El contenido se da en la siguiente tabla. [1] : 10 , [2] : 160 La composición media de aluminoferrita de calcio está claramente dominada por CaO (43,7% en peso), Al
2O
3(19,3% en peso) y Fe
2O
3(25,4% en peso). El contenido medio en SiO
2 (4,2% en peso) y otros óxidos son marginales.
Tenga en cuenta que la suma de Al
2O
3y Fe
2O
3contenido en aluminoferrita de calcio ( C
4AF ) en la tabla anterior permanece constante en 44,7% en masa, como se ilustra en la tabla siguiente.
Aluminoferrita de calcio ( C
4AF ) tiene poco efecto sobre las propiedades físicas del cemento. Al hidratarse forma [1] : 175 hidrogranate (4 CaO · Al
2O
3· N H
2O ) y gel de óxido de hierro hidratado . En principio, esta es unareacción exotérmica rápida y enérgica, pero la precipitación de una capa insoluble de óxido de hierro hidratado sobre la superficie del cristal de aluminoferrita cálcica forma una barrera para reacciones posteriores. En el caso del cemento Portland , la posterior reacción lenta con el sulfato disueltoforma una fase AFm , que tienepropiedades de resistencia despreciables. En el caso de los cementos de aluminato de calcio (CAC), [2] : 726 la situación es menos clara, pero hay poca contribución a la fortaleza inicial. La aluminoferrita de calcio también está presente en los cementos de sulfoaluminato de calcio (CSA) y nuevamente no aporta resistencia.