Нотация химика-цементовика ( CCN ) была разработана для упрощения формул, которые химики - цементовики используют ежедневно. Это сокращенный способ записи химической формулы оксидов кальция , кремния и различных металлов .
Основные оксиды, присутствующие в цементе (или в стекле и керамике), сокращенно обозначаются следующим образом:
Для расчетов баланса масс гидроксиды, присутствующие в гидратированных фазах, обнаруженных в затвердевшем цементном тесте, например, в портландите , Ca(OH) 2 , должны быть сначала преобразованы в оксид и воду.
Чтобы лучше понять процесс превращения гидроксид-анионов в оксид и воду, необходимо рассмотреть автопротолиз гидроксильных анионов ; он подразумевает обмен протонами между двумя ОН− , как в классической кислотно-основной реакции :
или также,
Для портландита это дает следующий баланс масс:
Таким образом, портландит можно записать как CaO · H 2 O или CH.
Эти оксиды используются для создания более сложных соединений . Основные кристаллические фазы, описанные ниже, связаны соответственно с составом:
В клинкере и негидратированном портландцементе присутствуют четыре основные фазы .
Они образуются при высокой температуре (1450 °C) в цементной печи и являются следующими:
Четыре соединения, называемые C 3 S, C 2 S, C 3 A и C 4 AF, известны как основные кристаллические фазы портландцемента. Фазовый состав конкретного цемента может быть количественно определен с помощью сложного набора расчетов, известного как формула Бога.
Чтобы избежать мгновенного схватывания бетона из-за очень быстрой гидратации трикальциевого алюмината ( C 3 A ), 2–5 мас. % сульфата кальция перемалывают с цементным клинкером для приготовления цементного порошка. В нотации цементной химии CaSO 4 ( ангидрит ) сокращенно обозначается как CS , а CaSO 4 ·2H 2 O ( гипс ) как C S H 2 .
Аналогично, в случае добавления известнякового наполнителя CaCO 3 или CaO·CO 2 можно обозначить как C C .
Продукты гидратации , образующиеся в затвердевших цементных пастах (также известных как HCP), более сложны, поскольку многие из этих продуктов имеют почти одинаковую формулу, а некоторые представляют собой твердые растворы с перекрывающимися формулами. Ниже приведены некоторые примеры:
Дефисы в CSH указывают на фазу гидрата силиката кальция переменного состава, тогда как «CSH» будет указывать на фазу силиката кальция, CaH 2 SiO 4 .
Нотация химика-цементовика не ограничивается применением цемента, а фактически является более общей нотацией химии оксидов, применимой к другим областям, нежели химия цемента в строгом смысле этого слова .
Например, в керамических изделиях формула каолинита может быть также записана в терминах оксидов, таким образом, соответствующая формула для каолинита:
является
или в CCN
Хотя это и не очень развитая практика в минералогии, некоторые химические реакции с участием силикатов и оксидов в расплаве или в гидротермальных системах, а также процессы выветривания силикатов также можно успешно описать, применив обозначения химиков-цементовщиков к минералогии силикатов.
Примером может служить формальное сравнение гидратации белита и серпентинизации форстерита , в обоих случаях рассматривающее гидратацию двух структурно схожих силикатов щелочноземельных металлов, Ca 2 SiO 4 и Mg 2 SiO 4 , соответственно.
Соотношение Ca/Si (C/S) и Mg/Si (M/S) уменьшается с 2 для реагентов дикальциевого и димагнезиального силиката до 1,5 для гидратированных силикатных продуктов реакции гидратации. Другими словами, CSH или серпентин менее богаты Ca и Mg соответственно. Вот почему реакция приводит к устранению избытка портландита ( Ca(OH) 2 ) и брусита (Mg(OH) 2 ) соответственно из силикатной системы, что приводит к кристаллизации обоих гидроксидов в виде отдельных фаз.
Быстрая реакция гидратации белита в цементе формально «химически аналогична» медленной естественной гидратации форстерита (магниевого конечного члена оливина ), приводящей к образованию серпентина и брусита в природе. Однако кинетика гидратации плохо кристаллизованного искусственного белита намного быстрее, чем медленное преобразование/выветривание хорошо кристаллизованного Mg- оливина в естественных условиях.
Это сравнение предполагает, что минералоги, вероятно, также могли бы извлечь пользу из лаконичного формализма обозначений химиков-цементологов в своих работах.