Aluminoferrita de calcio ( Ca
2(Al, Fe)
2Oh
5) es una fase cristalina de color marrón oscuro que se encuentra comúnmente en los cementos . En la industria del cemento se la denomina ferrita o aluminoferrita tetracálcica. En la notación química del cemento (CCN), se abrevia como C
4AF significa 4CaO· Al
2Oh
3· Fe
2Oh
3 en la notación de óxido . También existe en la naturaleza como el raro mineral brownmillerita .
En ausencia de otros elementos además del calcio , aluminio , hierro y oxígeno , la aluminoferrita de calcio forma una solución sólida de fórmula Ca
2(Alabama
incógnitaFé
1–x)
2Oh
5para todos los valores de x en el rango 0–0,7. [1] : 28–32
Las composiciones con x > 0,7 no existen a presiones ordinarias (véase aluminato dicálcico ). El cristal es ortorrómbico y normalmente tiene forma de listón. Su densidad varía de 4026 kg·m −3 (x = 0) a 3614 kg⋅m −3 (x = 0,7). Todas las composiciones se funden de forma incongruente en el rango 1400−1450 °C. Son ferromagnéticas , progresivamente más a medida que aumenta el contenido de hierro. Estas fases se preparan fácilmente a partir de los óxidos .
En el clínker de cemento Portland , la aluminoferrita de calcio ( C
4AF ) se presenta como una "fase intersticial", cristalizando a partir de la masa fundida como producto final de la reacción de los componentes del fundente ( Al
2Oh
3y Fe
2Oh
3) añadido a las materias primas para reducir el alto punto de fusión de la mezcla de óxido CaO- SiO
2Su presencia en el clínker se debe únicamente a la necesidad de obtener líquido a la temperatura pico de procesamiento del horno (1400−1450 °C), lo que facilita la formación de las fases de silicato deseadas. Aparte de este beneficio, sus efectos sobre las propiedades del cemento son poco más que los de un diluyente . Forma una solución sólida impura que se desvía notablemente en composición de la fórmula química simple . La fase de aluminoferrita de calcio actúa como depósito de muchos de los elementos menores del clínker. La mayoría de los metales de transición en el cemento se encuentran en la fase de ferrita, en particular titanio , manganeso y zinc . También hay una cantidad sustancial de magnesio y silicio y, debido a esto, se forman óxidos distintos de CaO, Al
2Oh
3y Fe
2Oh
3Suelen representar el 15% de la masa de la aluminoferrita de calcio. Esta sustitución reduce su punto de fusión a unos 1350 °C.
La composición química típica de la aluminoferrita de calcio ( C
4AF ) para tres tipos diferentes de clínker a granel Fe
2Oh
3El contenido se muestra en la siguiente tabla. [1] : 10 , [2] : 160 La composición media de la aluminoferrita de calcio está claramente dominada por CaO (43,7 % en peso), Al
2Oh
3(19,3 % en peso) y Fe
2Oh
3(25,4 % en peso). El contenido medio en SiO
2(4,2 % en peso) y otros óxidos son marginales.
Nótese que la suma de Al
2Oh
3y Fe
2Oh
3contenidos en aluminoferrita de calcio ( C
4AF ) en la tabla anterior permanece constante en 44,7 % en masa como se ilustra en la tabla siguiente.
Aluminoferrita de calcio ( C
4AF ) tiene poco efecto sobre las propiedades físicas del cemento. Al hidratarse forma [1] : 175 hidrogranate (4 CaO· Al
2Oh
3· n H
2O ) y gel de óxido de hierro hidratado . En principio, se trata de una reacción exotérmica rápida y enérgica , pero la precipitación de una capa insoluble de óxido de hierro hidratado sobre la superficie del cristal de aluminoferrita de calcio forma una barrera para una reacción posterior. En el caso del cemento Portland , la reacción lenta posterior con el sulfato disuelto forma fases AFm , que tienen propiedades insignificantes de concesión de resistencia . En el caso de los cementos de aluminato de calcio (CAC), [2] : 726 la situación es menos clara, pero hay poca contribución a la resistencia inicial. La aluminoferrita de calcio también está presente en los cementos de sulfoaluminato de calcio (CSA), y nuevamente no contribuye a la resistencia.
Las otras tres fases minerales principales del clínker de cemento Portland son: