هيدرات سيليكات الكالسيوم

الموسوعة الحرة

تُعدّ هيدرات سيليكات الكالسيوم ( CSH أو CSH ) النواتج الرئيسية لعملية إماهة أسمنت بورتلاند ، وهي المسؤولة بشكل أساسي عن قوة المواد الأسمنتية. [ 1 ] وهي المرحلة الرابطة الرئيسية (المادة اللاصقة) في معظم أنواع الخرسانة . يُشار فقط إلى المعادن البلورية الطبيعية النادرة والمحددة جيدًا بالاختصار CSH، بينما تُشار إلى الأطوار شديدة التباين وغير المنتظمة، والتي تفتقر إلى نسبة ستويكيومترية محددة ، كما هو شائع في عجينة الأسمنت المتصلبة (HCP)، بالاختصار CSH.

تحضير

عند إضافة الماء إلى الإسمنت، تخضع جميع المركبات لعملية التميؤ، مما يُسهم في الحالة النهائية للخرسانة. [ 2 ] تُساهم سيليكات الكالسيوم فقط في قوة الخرسانة. يُعد سيليكات ثلاثي الكالسيوم مسؤولاً عن معظم القوة الأولية (خلال الأيام السبعة الأولى). [ 3 ] أما سيليكات ثنائي الكالسيوم، الذي يتفاعل ببطء، فيُساهم فقط في القوة النهائية. يُعد هلام هيدرات سيليكات الكالسيوم (يُشار إليه أيضًا بـ CSH) نتاجًا لتفاعل أطوار السيليكات في إسمنت بورتلاند مع الماء. ويُعبر عن هذا التفاعل عادةً بالصيغة التالية:

2كاليفورنيا3SiO2+7ح2يا⟶3كاو⋅2SiO2⋅4ح2يا+3كاليفورنيا(أوه)2{\displaystyle {\ce {2 Ca3SiO2 + 7 H2O -> 3 CaO * 2 SiO2 * 4 H2O + 3 Ca(OH)2}}} + 173.6 كيلو جول

مكتوب أيضًا في تدوين كيميائي الأسمنت ، (CCN) على النحو التالي:

2ج3S+7ح⟶ج3S2ح4+3CH{\displaystyle {\ce {2 C3S + 7 H -> C3S2H4 + 3 CH}}}+ حرارة

أو، سيليكات ثلاثي الكالسيوم + ماء ← هيدرات سيليكات الكالسيوم + هيدروكسيد الكالسيوم + حرارة

إن نسبة CSH في عجينة الأسمنت متغيرة وحالة الماء المرتبط كيميائياً وفيزيائياً في بنيتها غير واضحة، ولهذا السبب يتم استخدام "-" بين C و S و H. [ 4 ]

يمكن تحضير سيليكات الكالسيوم المائية الاصطناعية (CSH) من تفاعل أكسيد الكالسيوم (CaO) وثاني أكسيد السيليكون (SiO₂) في الماء، أو باستخدام طريقة الترسيب المزدوج مع أملاح مختلفة. توفر هذه الطرق مرونة في إنتاج سيليكات الكالسيوم المائية بنسب محددة من الكالسيوم إلى السيليكون (Ca/Si أو CaO/SiO₂ ) . كما يمكن معالجة سيليكات الكالسيوم المائية الناتجة عن أطوار الأسمنت بمحلول نترات الأمونيوم لتحفيز ترشيح الكالسيوم، وبالتالي الوصول إلى نسبة محددة من الكالسيوم إلى السيليكون.

ملكيات

مادة سيليكات الكالسيوم المائية (CSH) هي مادة نانوية الحجم [ 5 ] [ 6 ] ذات درجة معينة من التبلور، كما لوحظ بتقنيات حيود الأشعة السينية . [ 7 ] يشبه التركيب الذري الأساسي لـ CSH معدن التوبرموريت الطبيعي . [ 8 ] يتميز ببنية طبقية تتكون من صفائح سيليكات الكالسيوم مفصولة بمسافة بين الطبقات. توجد السيليكات في CSH على شكل ثنائيات وخماسيات ووحدات سلسلة 3n-1 [ 9 ] [ 10 ] (حيث n عدد صحيح أكبر من 0)، وترتبط أيونات الكالسيوم بهذه السلاسل مكونةً بنية نانوية ثلاثية الأبعاد، كما لوحظ بالرنين المغناطيسي النووي المحسن سطحيًا بالاستقطاب النووي الديناميكي . [ 11 ] لا تزال الطبيعة الدقيقة للطبقة البينية غير معروفة. إحدى أكبر الصعوبات في توصيف CSH هي اختلاف تركيبها الكيميائي .

لا تُظهر الصور المجهرية الإلكترونية الماسحة لمركب سيليكات الكالسيوم المائية (CSH) أي شكل بلوري محدد. وعادةً ما تظهر على شكل رقائق أو رقائق إبرية/موجهة.

يمكن تقسيم سيليكات الكالسيوم الاصطناعية (CSH) إلى فئتين، بناءً على ما إذا كانت نسبة الكالسيوم إلى السيليكون المولية فيها أقل من أو أعلى من قيمة عتبة 1.1. وتشير عدة دلائل إلى أن الخصائص الكيميائية والفيزيائية والميكانيكية لسيليكات الكالسيوم تختلف اختلافًا ملحوظًا بين هاتين الفئتين. [ 12 ] [ 13 ]

انظر أيضاً

معادن أخرى من سيليكات الكالسيوم والهيدروجين:

  • الأفويليت  – معدن نيسوسيليكاتي متحول يوجد أحيانًا في عجينة الأسمنت المائية
  • الجيروليت  – معدن سيليكاتي صفائحي نادر يتبلور في كرات صغيرة (معدن نادر ناتج عن التغير الحراري المائي، أو منتج تقادم لتفاعل السيليكا القلوي)
  • الجينيت  – معدن إينوسيليكاتي متحول في الحجر الجيري المتحول وفي السكارن
  • الثوماسيت  – معدن معقد من هيدرات سيليكات الكالسيوم
  • التوبرموريت  – معدن إينوسيليكاتي متحول في الحجر الجيري المتحول وفي السكارن
  • زونوتليت  – معدن إينوسيليكات الكالسيوم

معادن أخرى من سيليكات الكالسيوم والألومنيوم المائية (CASH):

  • هيدروغارنت  – غارنت الكالسيوم والألومنيوم
  • الهيدروتالسيت  – هيدروكسيد مزدوج الطبقات من المغنيسيوم والألومنيوم المائي (LDH) يحتوي على أنيونات الكربونات
  • التشارانيت  - معدن هيدرات سيليكات ألومنيوم الكالسيوم ( Ca 12 Al 2 Si 18 O 33 (OH) 36 ، وأيضًا Ca 12 Al 2 Si 18 O 51 (OH) 2 · 18 H 2 O )

آليات تكوين أطوار CSH:

مراجع

  1. ↑ ريتشاردسون، آي جي (فبراير 2008). "هيدرات سيليكات الكالسيوم". أبحاث الأسمنت والخرسانة . 38 (2): 137-158 . doi : 10.1016/j.cemconres.2007.11.005 . ISSN 0008-8846 . 
  2. ↑ "ترطيب أسمنت بورتلاند" . engr.psu.edu . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29-11-2022 .
  3. ↑ "مواد البناء" . indiabix.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29-11-2022 .
  4. ↑ "ترطيب أسمنت بورتلاند" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 15 فبراير 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 فبراير 2013 .
  5. ↑ ألين، أندرو جيه؛ توماس، جيفري جيه؛ جينينغز، هاملين إم. (25 مارس 2007). "تركيب وكثافة هيدرات سيليكات الكالسيوم النانوية في الأسمنت". مجلة نيتشر ماتيريالز . 6 (4): 311-316 . Bibcode : 2007NatMa...6..311A . doi : 10.1038/nmat1871 . PMID 17384634 . 
  6. ↑ أندليبي، م. رضا؛ كومار، أبهيشيك؛ سرينيفاسان، بوفانيش؛ بوين، بول؛ سكريفنر، كارين؛ لودفيج، كريستيان؛ تيستينو، أندريا (2018). "حول آلية الترسيب الميزوسكيلي لهيدرات سيليكات الكالسيوم الاصطناعية: نهج نمذجة توازن التعداد" . مجلة كيمياء المواد أ . 6 (2): 363-373 . doi : 10.1039/C7TA08784E . ISSN 2050-7488 . S2CID 103781671 .  
  7. ↑ رينودان، غيوم؛ روسياس، جولي؛ ليرو، فابريس؛ فريزون، فابيان؛ كو-دي-كوم، سيلين (ديسمبر 2009). "التوصيف البنيوي لعينات C–S–H وC–A–S–H - الجزء الأول: دراسة الترتيب بعيد المدى باستخدام تحليلات ريتفيلد". مجلة كيمياء الحالة الصلبة . 182 (12): 3312-3319 . Bibcode : 2009JSSCh.182.3312R . doi : 10.1016/j.jssc.2009.09.026 .
  8. ↑ تايلور، هاري إف دبليو (يونيو 1986). "التركيب المقترح لهلام هيدرات سيليكات الكالسيوم". مجلة الجمعية الأمريكية للخزف . 69 (6): 464-467 . doi : 10.1111/j.1151-2916.1986.tb07446.x .
  9. ↑ كونغ، شياندونغ؛ كيركباتريك، ر. جيمس (أبريل 1996). " دراسة بنية بعض هيدرات سيليكات الكالسيوم البلورية باستخدام الرنين المغناطيسي النووي للنظيرين 29Si و 17 O". مواد الأسمنت المتقدمة . 3 ( 3-4 ): 133-143 . doi : 10.1016/S1065-7355(96)90045-0 .
  10. ↑ برونيه، ف.؛ بيرتاني، ف.؛ شاربنتييه، ث.؛ نونات، أ.؛ فيرليه، ج. (أكتوبر 2004). "تطبيق الارتباط بين ذرات السيليكون المتجانسة وذرات الهيدروجين والسيليكون غير المتجانسة في الرنين المغناطيسي النووي على الدراسات التركيبية لهيدرات سيليكات الكالسيوم". مجلة الكيمياء الفيزيائية ب . 108 (40): 15494-15502 . doi : 10.1021/jp031174g .
  11. ↑ كومار، أبيشيك؛ والدر، برينان جيه؛ كونهي محمد، أسلم؛ هوفستيتر، ألبرت؛ سرينيفاسان، بوفانيش؛ روسيني، آرون جيه؛ سكريفنر، كارين؛ إمسلي، ليندون؛ بوين، بول (7 يوليو 2017). "البنية الذرية لهيدرات سيليكات الكالسيوم الأسمنتية" . مجلة الكيمياء الفيزيائية ج . 121 (32): 17188-17196 . doi : 10.1021/acs.jpcc.7b02439 .
  12. ↑ "نسخة مؤرشفة" . مؤرشفة من الأصل بتاريخ 15-03-2015 . تم الاطلاع عليها بتاريخ 01-06-2013 .{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title ( link )
  13. ↑ "التطبيق المحتمل لتقنية النانو على المواد القائمة على الأسمنت" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 17 فبراير 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 فبراير 2013 .