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| 名前 | |
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| その他の名前
アルミネート、C 3 A
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| 識別子 | |
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3Dモデル（JSmol）
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| ECHA 情報カード | 100.031.744 |
| EC番号 |
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パブケム CID
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CompTox ダッシュボード ( EPA )
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| プロパティ | |
| Ca 3 Al 2 O 6、または 3CaO·Al 2 O 3 | |
| モル質量 | 270.193 グラム/モル |
| 密度 | 3.064グラム/ cm3 |
| 融点 | 1,542 °C (2,808 °F; 1,815 K) (分解) |
| 危険 | |
| GHSラベル: | |
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| 警告 | |
| H319 | |
| P264、P280、P305+P351+P338、P313 | |
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。
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 インフォボックス参照
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三カルシウムアルミネートCa 3 Al 2 O 6は、その酸化物の割合を強調するために3CaO·Al 2 O 3と表記されることが多く、カルシウムアルミネートの中で最も基本的なものです。自然界には存在しませんが、ポートランドセメントの重要な鉱物相です。[1]
プロパティ
三カルシウムアルミネートは、酸化カルシウムと酸化アルミニウムの 3:1 混合物を1300 °C 以上に加熱すると生成します。結晶は立方体で、単位格子の大きさは 1.5263 nm [2]、密度は 3064 kg·m −3です。1542 °C で分解しながら融解します。単位格子には 8 つの環状 Al 6 O 18 18−アニオンが含まれており、6 つの頂点を共有する AlO 4四面体で構成されていると考えられます。[3]純粋な液体三カルシウムアルミネートの構造は、ほとんどが無限ネットワーク内の AlO 4四面体で、組成から予想されるよりもわずかに高い濃度の橋渡し酸素と、約 10% の未結合 AlO 4モノマーと Al 2 O 7ダイマーで構成されています。[4]
ポートランドセメントクリンカーでは、三カルシウムアルミネートは「格子間相」として存在し、溶融物から結晶化します。クリンカーに三カルシウムアルミネートが存在するのは、キルン処理の最高温度 (1400～1450 °C) で液体を得る必要があるためだけであり、これにより、望ましいケイ酸塩相の形成が促進されます。この利点とは別に、セメントの特性に対する三カルシウムアルミネートの影響は、ほとんど望ましくありません。三カルシウムアルミネートは不純な固溶体相を形成し、アルミニウム原子の 15～20% がシリコンと鉄に置き換えられ、カルシウムがさまざまな量のアルカリ金属原子に置き換えられます。これは、溶融物中のアルカリ酸化物の利用可能性によって異なります。不純な形態には、少なくとも 4 つの多形があります。
代表的な化学組成は次のとおりです。
セメント特性への影響
高い塩基性のため、三カルシウムアルミネートはすべてのカルシウムアルミネートの中で最も強く水と反応し、またポートランドクリンカー相の中で最も反応性が高いです。Ca 2 AlO 3 (OH) · n H 2 Oの形の相に水和すると、「フラッシュセット」（瞬間硬化）現象が発生し、大量の熱が発生します。これを避けるために、ポートランド型セメントには少量の硫酸カルシウム（通常 4 ～ 8%）が添加されています。溶液中の硫酸イオンは、アルミネート結晶の表面に不溶性のエトリンガイト層(3CaO • Al 2 O 3 • 3CaSO 4 · 32 H 2 O)を形成し、アルミネート結晶を不動態化します。その後、アルミネートはゆっくりと反応して、一般的な組成が 3CaO • Al 2 O 3 • CaSO 4 · 12 H 2 OのAFm 相を形成します。これらの水和物は、強度の発現にほとんど貢献しません。
三アルミン酸カルシウムは、コンクリートの耐久性を低下させる可能性がある 3 つの重要な影響と関連しています。
- 熱放出により、コンクリートの大きな塊が自然と過熱するおそれがあります。必要に応じて、この影響を抑えるために三アルミン酸カルシウムのレベルを減らします。
- 硫酸塩腐食では、コンクリートがさらされた硫酸塩溶液がAFm 相と反応してエトリンガイトを形成します。この反応は膨張性があり、成熟したコンクリートを破壊する可能性があります。コンクリートが硫酸塩を多く含む地下水などと接触する場合は、「耐硫酸塩」セメント (低レベルの三カルシウムアルミネートを含む) を使用するか、セメントまたはコンクリート混合物にスラグを追加します。スラグは、エトリンガイトの形成を抑制するのに十分なアルミニウムを提供します。
- 遅延エトリンガイト形成。コンクリートはエトリンガイトの分解温度（約 65 °C）を超える温度で硬化します。冷却すると膨張性エトリンガイト形成が起こります。
アルカリ負荷多形はさらに塩基性が高いため、それに応じて反応性も高くなります。セメント中に相当量 (>1%) 含まれると、硬化制御が困難になり、セメントが過度に吸湿性になります。セメント粉末の流動性が低下し、空気硬化塊が形成されやすくなります。セメントを保管すると、石膏から水分が吸収され、偽硬化を引き起こします。このため、可能な限り、それらの形成は避けます。ナトリウムとカリウムが窯の中で硫酸塩と塩化物を形成する方がエネルギー的に有利ですが、硫酸イオンが不十分な場合、余剰のアルカリはアルミネート相に集まります。窯システム内の供給物と燃料は、硫酸塩とアルカリのバランスを保つために化学的に制御することが望ましいです。ただし、この化学量論は、窯の雰囲気にかなりの余剰酸素がある場合にのみ維持されます。つまり、「還元条件」が成立すると、硫黄は SO 2として失われ、反応性の高いアルミネートが形成され始めます。これは、クリンカーの硫酸塩レベルを時間ごとに追跡することで簡単に監視できます。
水分補給
ポルトランドセメントの形成過程における三カルシウムアルミネート水和物。X線回折法を用いると、C3AH6と略される六水和物とC4AH19と略される十九水和物の2つの水和物が形成される。典型的なクリンカーの成分である石膏の存在下では、硫酸塩（S）が化学式C4ASH12で形成される。[1]
参考文献
- ^ ab Kosmatka, Steven (2012). 「セメント」.カーク・オスマー化学技術百科事典. pp. 1–40. doi :10.1002/0471238961.0305130508051213.a01.pub3. ISBN 978-0-471-48494-3。
- ^ HFWテイラー、セメント化学、アカデミックプレス、1990年、ISBN 0-12-683900-X、pp 23
- ^ Mondal, P.; Jeffery, JW (1975). 「三カルシウムアルミネート、Ca 3 Al 2 O 6の結晶構造」。Acta Crystallogr . B31 : 689-697. doi :10.1107/S0567740875003639.
- ^ Drewitt, James WE; et al. (2017). 「液体三カルシウムアルミネートの構造」. Physical Review B . 95 (6): 064203. Bibcode :2017PhRvB..95f4203D. doi :10.1103/PhysRevB.95.064203. hdl : 1983/2dd23037-2924-4b98-a6a1-69c2393cb7f1 . S2CID 96446107. 2018年7月12日閲覧。