시멘트화학자 표기법
Cement chemist notation시멘트 화학자 표기법(CCN)은 시멘트 화학자들이 매일 사용하는 공식들을 단순화하기 위해 개발되었다. 칼슘, 실리콘, 각종 금속의 산화물의 화학식을 쓰는 속기법이다.
산화물의 약어
시멘트(또는 유리 및 세라믹)에 존재하는 주요 산화물(main oxide)은 다음과 같은 방법으로 약칭한다.
| CCN | 실제식 | 이름 |
|---|---|---|
| C | CaO | 산화칼슘 또는 라임 |
| S | SiO2 | 이산화규소 또는 실리카 |
| A | 알로23 | 산화 알루미늄 또는 알루미나 |
| F | Fe2O3 | 산화철 또는 녹 |
| T | 티오2 | 이산화티타늄 또는 티타니아 |
| M | MGO | 산화마그네슘 또는 페리클라아제 |
| K | K2O | 산화칼륨 |
| N | Na2O | 산화 나트륨 |
| H | H2O | 물 |
| C | CO2 | 이산화탄소 |
| S | SO3 | 삼산화황 |
| P | P2O5 | 인헤미펜타산화물 |
산화물과 자유수에서 수산화물의 변환
질량 균형 계산을 위해 포틀랜드사이트 Ca(OH)와 같이 경화된 시멘트 페이스트에서 발견되는 수화 단계에 존재하는 수산화물은 먼저 산화물과 물로 변환해야 한다.2
산화물과 물에서 수산화물 음이온의 변환 과정을 더 잘 이해하기 위해서는 수산화물 음이온의 자동 분해를 고려할 필요가 있다. 이는 고전적인 산-베이스 반응에서와 같이 두 OH− 사이의 양성자 교환을 의미한다.
- + → 1 + 2
또는 또한,
- 2 OH− → O2− + H2O
포틀랜드이트의 경우 이는 다음과 같은 질량 균형을 제공한다.
- Ca(OH)2 → CaO + H2O
따라서 포틀랜드사이트는 CaO · HO2 또는 CH로 표기할 수 있다.
포틀랜드 시멘트의 수화 전후 주요 단계
이 산화물은 더 복잡한 화합물을 만드는데 사용된다. 다음에 설명된 주요 결정 단계는 각각 다음 구성과 관련이 있다.
- 클링커 및 비수화물 포틀랜드 시멘트 및
- 경화된 시멘트 페이스트는 수분 공급과 시멘트 설정 후에 얻은 것이다.
클링커 및 무수화 포틀랜드 시멘트
클링커와 무수화 포틀랜드 시멘트에는 4개의 주요 단계가 존재한다.
시멘트 가마의 고온(1,450 °C)에서 형성되며, 다음과 같다.
| CCN | 실제식 | 이름 | 광물상 |
|---|---|---|---|
| C3S | 3 CaO · SiO2 | 규산염 트리칼슘 | 알라이트 |
| C2S | 2 CaO · SiO2 | 규산염 다이칼슘 | 벨라이트 |
| C3A | 3 CaO · Al2O3 | 알루민산 트리칼슘 | 알루미네이트 또는 셀라이트 |
| C4AF | 4 CaO · Al2O3 · Fe2O3 | 테트라칼슘 알루미노 페라이트 | 페라이트 |
CS3, CS2, CAF3, CAF라고4 불리는 네 가지 화합물은 포틀랜드 시멘트의 주요 결정 단계로 알려져 있다. 특정 시멘트의 위상 구성은 보그 공식으로 알려진 복잡한 계산 세트를 통해 정량화할 수 있다.
수분 시멘트 페이스트
경화된 시멘트 페이스트(HCP라고도 한다)에서 형성된 수화물 제품들은 더 복잡하다. 이들 제품들 중 다수는 거의 같은 공식을 가지고 있고 일부는 공식이 중첩된 고체 용액이기 때문이다. 다음과 같은 몇 가지 예가 제시된 예는 다음과 같다.
| CCN | 실제식 | 이름 또는 미네랄 페이즈 |
|---|---|---|
| CH | Ca(OH)2 또는 CaO · HO2 | 수산화칼슘 |
| C-S-H | 0.6–2.0 CaO · SiO2 · 0.9–2.5 HO2, 이 범위 내에 가변적 조성이 있으며, 종종 Al for Si의 부분 대체도 포함한다. | 규산염수화칼슘 |
| C-A-H | 이것은 C-S-H보다 훨씬 더 복잡하다. | 알루민산수화칼슘 |
| AFt | CASH6332, 때로는 Fe for Al 및/또는 CO를2− 32− 4 대체하는 경우 | 트리스울푸알루민산수화칼슘 또는 에트링라이트 |
| AFm | CASH412, 종종 Fe for Al 및/또는 OH− 또는 CO와2− 32− 4 같은 다양한 음이온을 대체함 | 모노설황산칼슘 |
| C3AH6 | 3CaO · Al2O3 · 6 H2O | 하이드로가넷 |
C-S-H의 하이픈은 가변 조성의 칼슘 규산염 수화 단계를 나타내며, 'CSH'는 규산칼슘 단계인 CaHsiO를24 나타낸다.
도자기, 유리, 산화 화학에 사용
시멘트 화학자 표기법은 시멘트 용도에 국한된 것이 아니라 사실 시멘트 화학 감각보다 다른 영역에 적용되는 산화 화학 표기법이다.
예를 들어, 세라믹 어플리케이션에서, 카올리나이트 공식은 산화물 용어로도 쓰여질 수 있다. 따라서 카올리나이트에 해당하는 공식은,
- Al2Si2O5(OH)4,
이다
- Al2O3 · 2 SiO2 · 2 H2O
또는 CCN에서
- AS2H2.
광물학에서 CCN의 사용 가능성
광물학에서는 그다지 발전된 실천요강은 아니지만, 용해 또는 열수계에서의 규산염과 산화물과 관련된 일부 화학반응과 규산염 풍화작용도 규산염 광물학에 시멘트 화학자 표기법을 적용하여 성공적으로 설명할 수 있었다.
구조적으로 유사한 두 개의 토양 -알칼린 규산염(CaSiO24)과 MgSiO의24 수화를 다루는 벨라이트 수화 및 포스테라이트 뱀화(Forsterite Serpentinization)의 공식 비교가 그 예일 수 있다.
- 칼슘계
- 벨라이트 수화:
- + → · 2 · 3 +
(반응 4a)
-
- 2CS2 + 4H → CSH323 + CH
(반응 4b)
-
- + → +
(반응 4c)
-
- 2MS2 + 3H → MSH322 + MH
(반응 4d)
-
다이칼슘과 디마그네슘 규산염 시약의 경우 Ca/Si(C/S)와 Mg/Si(Mg/S) 비율이 2에서 수화반응의 수화 규산염 제품의 경우 1.5로 감소한다. 즉 C-S-H나 독사인은 각각 Ca와 Mg가 덜 풍부하다. 이 반응으로 규산염 계통에서 각각 포틀랜드산염(Ca(OH))2과 브루카이트(Mg(OH)2의 과잉이 제거되어 두 수산화물의 결정화가 별개의 단계로 발생하는 이유다.
시멘트의 세팅에서 벨라이트 수화의 빠른 반응은 자연에서 뱀과 브루카이트의 형성으로 이어지는 포르스테라이트(올리빈의 마그네슘 최종 성분)의 느린 자연 수화에 대해 정식으로 "화학적으로 아날로그적인" 것이다. 그러나 제대로 결정되지 않은 인공 벨라이트의 수화 운동은 자연 조건에서 잘 결정화된 Mg-올리빈의 느린 전환/기후보다 훨씬 더 빠르다.
이러한 비교는 광물학자들이 아마도 그들의 작품에 있는 시멘트 화학자 표기법의 간결한 형식주의로부터도 이익을 얻을 수 있음을 시사한다.
참고 항목
- 시멘트에 함유된 벨라이트 수화(아날로그-포스테라이트 수화)
- 독사화에서 포스테라이트(올리빈)의 수화반응
참조
- Locher, Friedrich W. (2006). Cement: Principles of production and use. Düsseldorf, Germany: Verlag Bau + Technik GmbH. ISBN 3-7640-0420-7.
- Mindess, S.; Young, J.F. (1981). Concrete. Englewood, NJ, USA: Prentice-Hall. ISBN 0-13-167106-5.
