硅酸盐水泥中的AFm相是什么?

AFm是氧化铝、氧化铁、硫酸根的缩写。硅酸盐水泥的AFm相是指一组水合铝酸钙的类似成员，它们具有基于4CaO的类水钙结构。艾尔₂O_3.13 - 19 H₂O。

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因此，许多水化水泥类型都含有AFm相组合。从前驱体合成了AFm相，并在25°C下实验确定了相关系。AFm是指水合铝酸钙相的家族，其结构类似于水钙石。

已知这些相具有不同的水化状态，其含水量随相对湿度(RH)、阴离子类型和温度的变化而变化，这可能与导致收缩和膨胀的体积变化有关。

水化状态有很多种，最重要的包括:单硫铝酸盐、羟基AFm、stratlingite、半碳铝酸盐和单碳铝酸盐。热力学特征与它们在吸收/解吸过程中含水量的变化有关。不幸的是，这些相的稳定性条件没有很好的记录或研究。

了解AFm相的结构

AFm是硅酸盐和铝酸钙水泥体系水化过程中产生的主要产物之一。AFm的公式用4CaO表示。艾尔₂O_3.13-19 x h₂O, X等于一个可交换的单电荷氯化物或双电荷阴离子碳酸盐和硫酸盐的一半。

在这种情况下，硫酸盐和碳酸盐可以取代氢氧根(OH-)。从矿物学的角度来看，它们表现为独立的相，这些成分不形成固溶体，除了有限的(50 mol%)硫酸盐被氢氧根取代。因此，许多水化水泥类型将具有AFm相组合。

Luis Baquerizo等人的一篇论文发现了最重要的AFm相的水化状态的新实验结果。此外，还讨论了与解吸和吸收有关的热力学性质的变化。

最重要的AFm相

Monosulfoaluminate(女士)

Monosulfoaluminate (Ca₄艾尔₂(所以₄)(哦)₁₂∙6小时₂O)通过交换原来的层间离子，在硅酸盐水泥的结合中起着至关重要的作用氯离子。通常，单硫铝酸盐是一种水泥水合物，由首先形成钙矾石的反应生成。

在水泥水化过程中与残余铝酸三钙的反应发生在碳酸钙含量为1%的水泥块中。它的分子结构非常类似于库兹莱特(C₄ŜH₁₂)，是一种具有晶体状结构的天然矿物。

Hydroxy-AFM (OH-AFm)

羟基afm的分子式是C₄啊₇+_x,其中x是层间水含量，可以在0到12之间的任何地方变化，有两个阴离子(OH)。对于硅酸盐和水石榴石的混合物，羟基AFm在所有温度下都是热力学亚稳的。但在不同条件下，含水率和相应层厚存在差异。

碳酸盐和硫酸盐的存在使得羟基- afm在水化硅酸盐水泥中不太可能出现，从而导致单硫铝酸盐和碳铝酸盐相的沉淀。

Stratlingite (Str)

水合绿辉石是Strätlingite (C₂ŜH₈)。它作为水化产物存在于粉煤灰混合水泥块、偏高岭土或矿渣中，也存在于水化高铝水泥中。AFm相具有与Strätlingite相同的主层组成，其化学式为C₂ŜH_7.25以及铝硅酸盐阴离子作为夹层，由双四面体组成

然而，我们对其与其他相的兼容性和稳定性的认识和理解是有限的。Strätlingite在富含铝硅酸盐的水泥水合物体系中保持稳定。其稳定性通常随温度升高而下降，稳定性的上限约为95°C。Strätlingite逐渐分解成各种固体，主要是高于此温度的水石榴石固溶体。

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Hemicarboaluminate (Hc)

半碳铝酸盐的形成是水泥反应过程开始时的关键阶段之一。在室温和典型实验条件下，检测到两个重要的胶凝相，即半碳铝酸盐(HC)和半碳铝酸钙(cHc)，这是一个主要的相。随着温度的升高，Hc相转变为cHc相。

由于层间水或有限固溶体的微小差异，Hc与其他AFm相相比在基底间距上有微小差异。

AFm研究的结论与展望

目前还没有完整的实验数据或AFm相水化状态变化的热力学特征。需要更多的研究来获得数据，以帮助评估含有AFm相的复杂水泥体系在非饱和条件下的稳定性。

此外，这些数据还可用于预测由新型粘结剂组合而成的水泥膏体的矿物成分，以及预测环境变化(例如极端温度下的严重干燥等)导致的混凝土建筑物的相移。

这些信息将使工程师能够模拟水泥系统在干燥和湿润过程中的反应，从而设计出更能抵抗极端环境条件的系统。

参考资料及进一步阅读

Baquerizo, LG, Matschei, T, Scrivener, KL, Saeidpour, M & Wadsö， L 2015，“AFm水泥相的水化状态”，水泥与混凝土研究第73卷，第143-157页。https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008884615000538?via%3Dihub

Matschei, T, Lothenbach, B和Glasser, FP 2007，“AFm阶段在波特兰水泥”，水泥和混凝土研究，第37卷，no. 1。2，第118-130页。https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008884606002705?via%3Dihub

runovski, T.， Dinnebier, r.e.， Magdysyuk, O.V.和Pöllmann, H.， 2012。从同步加速器粉末衍射资料研究半碳铝酸钙和碳化半碳铝酸钙晶体结构。晶体学报B辑:结构科学，68(5)、pp.493 - 500。

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