Aluminoferrita de calcio ( Ca
2(Al, Fe)
2O
5) Ca 2 (Al, Fe) 2 O 5 ) es una fase cristalina de color marrón oscuro que se encuentra comúnmente en los cementos . En la industria del cemento se denomina ferrita. También existe en la naturaleza como el mineral raro brownmillerita .
Propiedades de la fase pura
En ausencia de elementos distintos del calcio , aluminio , hierro y oxígeno , la aluminoferrita de calcio forma una serie de solución sólida de fórmula Ca 2 (Al x Fe 1 − x ) 2 O 5 para 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 .
Fases en clínker de cemento Portland
En el clínker de cemento Portland , la aluminoferrita de calcio se presenta como una "fase intersticial", que cristaliza a partir de la masa fundida. 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 elementos 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 2 O 3 y Fe 2 O 3 a menudo constituyen el 15% de la masa de la aluminoferrita de calcio. Esta sustitución reduce el punto de fusión a alrededor de 1350 ° C.
Las composiciones químicas típicas para diversos contenidos de Fe 2 O 3 a granel de clínker son: [1] : 10 [2] : 160
Óxido | Masa % | Masa % | Masa % |
---|---|---|---|
Fe 2 O 3 en Clinker | 0,29 | 2,88 | 4.87 |
SiO 2 | 4.0 | 2.6 | 6.1 |
Al 2 O 3 | 20,2 | 20,8 | 17.0 |
Fe 2 O 3 | 24,5 | 23,9 | 27,7 |
CaO | 44,6 | 46,4 | 40,2 |
MgO | 3,7 | 3.1 | 4.9 |
Na 2 O | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
K 2 O | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
TiO 2 | 1,9 | 2,7 | 1,7 |
Mn 2 O 3 | 0,1 | 0,3 | 1,5 |
ZnO | 1.1 | 0,1 | 0,9 |
Comportamiento en cementos
La aluminoferrita de calcio tiene poco efecto sobre las propiedades físicas del cemento. Al hidratarse forma [1] : 175 4CaO⋅Al 2 O 3 ⋅nH 2 O y gel de óxido de hierro hidratado . En principio, esta es una reacción rápida y enérgica, pero la precipitación de una capa insoluble de óxido de hierro hidratado sobre la superficie del cristal de aluminoferrita de calcio forma una barrera para una reacción posterior. En el caso del cemento Portland , la posterior reacción lenta con el sulfato disuelto forma una fase AFm , que tiene propiedades de resistencia insignificantes. En el caso de los cementos de aluminato de calcio , [2] : 726 la situación es menos clara, pero hay poca contribución a la resistencia inicial. La aluminoferrita de calcio también está presente en los cementos sulfoaluminatos y, de nuevo, no aporta resistencia.
Referencias
- ^ a b c H. F. W. Taylor, Química del cemento , Academic Press, 1990, ISBN 0-12-683900-X .
- ^ a b P. C. Hewlett (Ed) Lea's Chemistry of Cement and Concrete: 4th Ed , Arnold, 1998, ISBN 0-340-56589-6 .