EXAFS Study of Refractory Cement Phases: CaAl ₂O ₁₄H ₂₀, Ca ₂Al ₂O ₁₃H ₁₆, and Ca ₃Al ₂O ₁₂H ₁₂

(Received 24 April 1995, accepted 19 June 1995)

Abstract
X-ray absorption spectroscopy (EXAFS and XANES) is used for the first time to characterize the local environment of aluminium and calcium in phases formed by hydration of high-alumina cements. Ca K-edge EXAFS spectrum confirms that C ₂AH ₈ is an AFm phase. A location is given for the interlayer aluminium cations, which are in a tetrahedrally coordinated hydrated site. Absorption measurements at the AI K-edge show a structural analogy between CAH ₁₀ and gibbsite AH ₃. The structural model proposed for CAH ₁₀ is based on two rings of six edge-sharing [ Al(OH) ₆] ^3- octahedra, with Ca ²⁺ cations linking them together. High-alumina cements are commonly used for refractory applications. Changes in aluminium and calcium environments during CAH ₁₀ dehydration is therefore investigated by X-ray absorption spectroscopy. Dehydration leads to a decrease in the Ca-O distance and reduces the number of oxygen neighbours in the first coordination shell around calcium.

Résumé
La spectroscopie d'absorption des rayons X est utilisée pour la première fois pour caractériser l'environnement local autour de l'aluminium et du calcium dans des phases formées par hydratation de ciments alumineux. Le spectre EXAFS au seuil K du calcium confirme que C ₂AH ₈ est une phase AFm. De plus, on indique une position pour les cations aluminium de l'intercouche, qui sont dans un site tétraédrique hydraté. Les expériences d'absorption au seuil K de l'aluminium révèlent une analogie entre la structure de CAH ₁₀ et celle de la gibbsite AH ₃. Le modèle structural proposé pour CAH ₁₀ est basé sur l'existence de deux anneaux formés chacun de six octaèdres [ Al(OH) ₆] ^3- liés par arêtes, les atomes de calcium assurant un lien entre ces anneaux. Les ciments alumineux sont couramment utilisés pour des applications réfractaires ; c'est pourquoi cette étude suit l'évolution de l'environnement autour du calcium et de l'aluminium au cours de la déshydratation de CAH ₁₀. Une diminution progressive de la distance Ca-O, ainsi qu'une réduction du nombre de voisins oxygène dans la première couche de coordination autour du calcium sont mis en évidence lors de la déshydratation.