唐山预拌混凝土：钙矾石的形成与作用

唐山预拌混凝土：钙矾石的形成与作用

钙矾石（Ettringite）是一种无色到黄色的钙铝硫酸盐矿物，通常为无色柱状晶体，部分脱水会变白；是常用硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥的重要水化产物。以下，小编将就钙矾石的基本性质、形成条件与作用发挥等方面的研究进展与各位分享。

基本特性by tcwechat

钙矾石是一种无色到黄色的钙铝硫酸盐矿物，化学式为3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O，钙矾石晶体属三方晶系，空间群为P31c，Z=2，晶胞参数为a=b=1.123nm，c=2.150nm。

    Hartman等利用氢的同位素氘原子（D原子），把中子衍射技术与全谱拟合精修技术结合，准确地确定了各原子在钙矾石晶体中的位置，并给出了直观的晶体结构示意图。

水泥混凝土中的钙矾石以针棒状为主，这些钙矾石晶体常以不同的形态聚集在一起，在100~300μm尺寸范围下观测可以看到放射状、环状、球状或块状的钙矾石簇。另外，合成方法不同或条件有差异时，会使钙矾石形貌差异较大，甚至有一些新的形貌出现，如管状、圆柱状和六角柱状。

理论上，只要当溶液中相关离子达到一定饱和度时钙矾石晶体就会形成并析出，因此反应溶液中各离子浓度、温度、PH与形成空间等因素对钙矾石形成影响较大。

❖钙矾石形成速度取决于AlO2-的溶出速率和浓度高低，而Ca2+、SO42-影响不大；一定范围内温度升高会不同程度促进钙矾石的形成；但碱或PH值提高对钙矾石形成有一定的抑制作用。

❖不同体系中钙矾石的形成速度有很大差别，采用单矿水化或者溶液反应法得到的钙矾石的形成速度较快，通常几小时到几天内反应完全完成。

❖不同种类钙矾石在形成速度上也有较大的差别，Fe-钙矾石的形成速度要比Al-钙矾石形成慢很多。

硅酸盐水泥开始水化时就有钙矾石生成，但含量较少。硫铝酸盐水泥水化过程中钙矾石的形成与石膏种类有很大关系，对于二水石膏，水化1h就可检测到钙矾石，但水化1~2h之间，钙矾石含量基本没增加，水化2d时钙矾石含量基本稳定；对于硬石膏，与二水石膏的水化过程类似，但硬石膏溶解性差，钙矾石形成速度慢。

钙矾石的作用

最初，钙矾石的作用主要是与其破坏性膨胀相联系的，甚至由于其不利作用被认为是“水泥杆菌”。当然，钙矾石在硅酸盐水泥中的缓凝作用，以及钙矾石促进水泥早期强度发展和补偿收缩的积极作用也得到公认。这是由于伴随钙矾石的形成常常会产生体积膨胀，这种膨胀在一定范围内对于保持水泥基材料的体积稳定性是有利的，如果膨胀过大则会产生结构性破坏。

一般认为，钙矾石生成量越多产生的膨胀越大，钙矾石的膨胀与其晶体形貌、晶体尺寸以及在水泥中的分布等因素密切相关，钙矾石的形态、形成时间以及位置也决定其膨胀特点。Tosun等认为延迟钙矾石是否发生膨胀与形态有关，球形钙矾石不会发生膨胀，而块状钙矾石则会引起膨胀。

未来需研究方向

目前对钙矾石的研究相对较为充分，但由于钙矾石在水泥基材料中的重要作用，对钙矾石的研究将是长期的，特别是应与实际应用结合。以下是钙矾石研究中值得进一步进行的几个方面：

❖钙矾石的测定；

❖硫酸盐对钙矾石的影响；

❖钙矾石作用的认识和评价；

❖钙矾石形成能否可控；

❖延迟钙矾石的问题等。

本文源自《硅酸盐学报》，版权归原作者所有

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