Алит — это нечистая форма трикальциевого силиката , Ca 3 SiO 5 , иногда формулируемая как 3CaO·SiO 2 ( C 3 S в обозначении химиков цемента ), обычно с 3-4% замещающих оксидов. [1] Это основная и характерная фаза в портландцементе . Название было дано Тёрнебомом в 1897 году кристаллу, идентифицированному при микроскопическом исследовании портландцемента. [2] Хатрурит — это название минерала, который замещает C 3 S . [1] [3]
Алит, содержащийся в портландцементе, отличается по составу от простого трехкальциевого силиката . Он представляет собой твердый раствор и содержит небольшие количества других оксидов, помимо CaO и SiO 2 . Типичный состав: [4]
Исходя из этого, формулу можно выразить как Ca 2,90 Mg 0,06 Na 0,01 Fe 0,03 Al 0,04 Si 0,95 P 0,01 O 5 . На практике состав меняется в зависимости от основного состава клинкера , с учетом определенных ограничений. Замещение ионов кальция или ионов ортосиликата требует, чтобы электрические заряды поддерживались в равновесии. Например, ограниченное количество ортосиликата ( SiO4−4) ионы могут быть заменены сульфатом ( SO2−4) ионов, при условии, что на каждый сульфат-ион приходится два алюмината ( AlO5−4) ионы также замещены.
Трехкальциевый силикат термодинамически нестабилен при температурах ниже 1250 °C, но может сохраняться в метастабильном состоянии при комнатной температуре путем быстрого охлаждения: при медленном охлаждении он имеет тенденцию превращаться в белит ( Ca2SiO4 ) и CaO.
При изменении температуры он проходит через несколько полиморфных состояний:
Полиморфы структурно отличаются незначительными деформациями от базовой гексагональной структуры.
Алит является основной фазой в портландцементе, отвечающей за схватывание и развитие «ранней» прочности. Другой силикат, белит, способствует «поздней» прочности из-за его более низкой реакционной способности. Алит более реакционноспособен из-за более высокого содержания Ca и наличия оксидного иона в решетке. Во время помола клинкера первый этап частичного растворения C 3 S включает гидратацию поверхностных оксидных ионов и приводит к гидроксилированной поверхности C 3 S. [5]
Он реагирует с водой (примерно) по следующей реакции:
Что также можно записать в обозначениях химика-цементоведа как:
Гидрат называют гидратом силиката кальция – «CSH-» – фазой. Он растет как масса взаимосвязанных игл, которые обеспечивают прочность гидратированной цементной системы. Высокая реакционная способность алита желательна при производстве портландцемента, и это достигается путем сохранения, насколько это возможно, высокотемпературных полиморфов в кристаллах, которые являются небольшими, искаженными и сильно дефектными. Дефекты создают места для первоначальной атаки воды.
Состав алита, богатого CaO (71,6 мас. %) и относительно бедного SiO 2 (25,2 мас. %) (см. таблицу выше), может помочь понять, почему в определенных условиях, если в известковой печи в течение достаточного времени достигается достаточно высокая температура, алит может также быть непосредственно образован путем пиролизации только кремнистого известняка (содержащего аморфные примеси SiO 2 до 25–30 мас. %). Гидравлический раствор или препортландцемент могли иногда производиться в небольших масштабах таким способом в средневековую эпоху в местах, где известняк был сцементирован аморфным кремнеземом или содержал кремнистые конкреции или много глинистых примесей.
Вероятно, именно по этой причине некоторые старые средневековые известковые растворы, использованные для строительства собора Турне (Бельгия), демонстрируют неожиданный гидравлический характер, как показало минералогическое исследование, проведенное Мертенсом и др . (2006), которые доказали наличие волластонита и ранкинита вместе с фазами гидрата силиката кальция в известковых растворах. Единственное объяснение обнаружения этих силикатных фаз, обычно не ожидающихся в известковом растворе, заключается в том, что они были образованы путем гидратации силиката кальция, такого как Ca 3 SiO 5 (C 3 S) или Ca 2 SiO 4 (C 2 S), образованного при высокой температуре вместе с оксидом кальция в известковой печи . [6] В районе Турне ( Бельгия ) турнейские известняки особенно богаты аморфным кремнеземом и используются в качестве строительного камня и для изготовления известкового раствора с очень древних времен. Неизвестно, знали ли строители соборов в этом районе о гидравлических свойствах известкового раствора или намеренно разработали его применение после своей случайной находки.
См. статью о белите .