钙矾石的形成与作用

钙矾石是常用硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥的重要水化产物。系统总结和分析国内外较长时期以来有关钙矾石基本性质、形成条件、稳定性影响因素与作用发挥等方面的研究结果,讨论了钙矾石研究今后的热点和难点。认为钙矾石形成、稳定以及作用发挥与多种组分的供给平衡有关,即使与外界无组分交换,都难以长期控制钙矾石的形成或稳定;对于硅酸盐水泥,控制硫酸盐的供给可降低钙矾石的不利影响,而对于硫铝酸盐水泥,长期保持硫酸盐的供给则更为有利。     

0～20℃养护下硅酸盐水泥水化时钙矾石的生成及转变

采用X射线衍射仪及核磁共振仪研究了0、5、10、20℃硅酸盐水泥水化产物钙矾石的生成及转变。结果表明：硅酸盐水泥水化1d至180d,4种养护温度下钙矾石生成量皆先增大后减小,但该规律随养护温度不同而不同：在10℃和20℃养护时,钙钒石生成量在水化3 d时达到最大,0℃和5℃养护时,水化28d时才达到最大;而从水化龄期来看,钙矾石生成量在水化1d时20℃养护时最高（10.2%）,水化3d时10℃养护时最高（12.1%）,3～180 d时0℃时最高;此外,低温养护显著延迟了钙矾石向单硫型水化硫铝酸钙转变。     

一种新形态钙矾石—管状钙矾石

用扫描电镜、Ｘ射线能谱仪观测和分析了硫铝酸盐水泥系列的水化产物钙矾石的一种特殊显微形貌－管状钙矾石。在水泥净浆试体中、界面上、不同石膏掺量的水泥浆试体、砂浆试体、水化的熟料颗粒中均可观测到管状钙矾石。它的形成可能与非平衡状态生产的熟料中Ｃ４Ａ３Ｓ矿相的某种晶体结构有关。     

钙矾石与膨胀水泥

钙矾石是大多数膨胀水泥的主要水化相。因此,钙矾石的结构特征及其形成速度和数量,以及它与其他水化相的匹配,对膨胀水泥的性能都产生复什的影响。作者根据国内外学者的研究成果,以及自己多年从事膨胀—自应力水泥研究的体会,对钙矾石与膨胀水泥性能之间若干问题和膨胀机理提出一些看法,供大家讨论。一、关于水泥的减缩及其补偿—钙矾石形成数量问题关于钙矾石(E盐)的形成速度,形态对膨胀水泥(EC)性能的影响,已发表了     

低碱度水泥浆体中钙矾石通过液相形成的证据

前言钙矾石是硬化水泥浆体的重要组分之一,它对水泥石的结构和性能有重要影响。从钙矾石为基础的膨胀和自应力水泥、超硫酸盐水泥、硫铝酸盐早强水泥和低碱度水泥等都有相当数量的钙矾石,并且以它作为早强组分的新品种水泥正在不断增多。钙矾石的形成不仅是上述几种水泥水化中的一个重要反应,而且也是硅酸盐水泥早期水化和含硫酸盐的环境水与硬化浆体之间的一个重要反应。如水泥浆体的缓凝,膨胀水泥混凝土中自应力的发展以及混凝土的硫酸盐侵蚀等,都与钙矾石的形成有关。     

外部因素对钙矾石晶体结构及形貌的影响综述

钙矾石是硫铝酸盐水泥、通用硅酸盐水泥以及其他无熟料水泥等胶凝材料的重要水化产物之一,其晶体结构由中心柱和平行中心柱的沟槽组成。沟槽结构围绕中心柱呈六边形排列,硫酸根和水分子在沟槽中通过氢键网络将整个结构连接在一起。在水泥等胶凝材料的水化反应中,钙矾石晶体容易受到所处环境等外部因素的影响。其中反应物离子的过饱和度、温度、减水剂、氯离子、晶种等外部因素往往会改变钙矾石晶体结构中水分子和氢键的数量,进而改变晶体结构的稳定性及形貌等。此外,在合成钙矾石晶体过程中,搅拌桨型式及转速等也会影响钙矾石晶体结构和形貌,从而造成认知的不统一。本文在系统综述钙矾石晶体结构基础上,详细汇总了各种外部因素对钙矾石晶体结构和形貌的影响,同时介绍了各种研究手段,并对钙矾石晶体形成与形貌的研究方向提出了建议。     

矿渣水泥中钙矾石形成条件及其作用

本文主要研究钙矾石(3CaO·Al_2O_3·3CaSO_4·32H_2O,简称E盐),联系矿渣硅酸盐水泥和石膏矿渣水泥在水化硬化过程中的物理化学条件,探讨E盐的生成和作用。在这个基础上,进一步改变矿渣硅酸盐水泥和石膏矿渣水泥的组成,得到具有微膨胀特性的矿渣水泥,并论述E盐在这种矿渣水泥中的生成数量、速度、形态、稳定性及其膨胀作用。     

低水灰比水泥石中钙矾石性状研究

研究了含超细水泥（掺量０～２０％）的水泥在低水灰比（Ｗ／Ｃ＝０．２１）水化１～７ｄ钙矾石相对形成量的变化情况，并观察了ｌｄ龄期水泥石结构。结果表明，低水灰比条件下含与不含超细水泥的硬化浆体中钙矾石相对形成量均比高水灰比（Ｗ／Ｃ＝０．３５）的低；在低水灰比系列中，含超细水泥体系的钙矾石形成量均高于不含超细水泥体系的钙矾石形成量；随着超细水泥掺入量增加，钙矾石相对形成量先增后降，这是水化速度与产物生长空间共同作用的结果。低水灰比水泥石体系中可以观察到的钙矾石晶体不多，且呈细小状，与其他水化产物紧密联系。     

合成条件对钙矾石形貌的影响

钙矾石是硫铝酸盐水泥水化的主要产物,决定着硫铝酸盐水泥的性能,而在硅酸盐水泥混凝土中影响也非常重要。钙矾石的形成条件决定了其形貌,其形成时间影响着水泥和混凝土的性能。采用化学合成方法合成钙矾石,研究了不同合成条件对钙矾石形成和形貌的影响。结果表明:不同原料合成的钙矾石形貌显著不同且长宽比差异显著;适当提高温度能够促进钙矾石的形成,80℃条件下反应可以形成钙矾石且形貌多样,100℃条件下反应钙矾石不能稳定存在;随着液相p H值的增加,钙矾石的长宽比逐渐减小;硼酸抑制钙矾石在(001)方向的生长。     

矿渣微粉延迟混凝土内钙矾石形成的效果

正混凝土硬化膨胀损坏主要是水泥内C_3A水化后生成的钙矾石膨胀所致,是混凝土浇注和预制件在较高的温度下固化常见的问题。现将土耳其某研究单位对混凝土内掺矿渣延迟膨胀的研究情况介绍如下:1延迟钙矾石的形成铝酸三钙(C_3A)是水泥熟料内4种主要成分之一,在混凝土固化过程中,与水快速反应凝固(方程式1)。     

掺固硫渣的水泥浆体中钙矾石的定量分析研究

选用1：3乙二醇-甲醇溶剂以相当高的选择性从掺固硫渣的水泥水化浆体中萃取钙矾石并采用返滴定法测定其含量，研究表明：水化早期（一般指7d之前）水泥浆体中，钙矾石含量随龄期的增长而增加，而在水化后期，钙矾石含量随期的增长有所减少且趋于平缓。     

水泥水化产物中钙矾石定量表征方法研究概况

介绍了水泥水化产物中钙矾石含量测定的原理和方法,主要包括:化学分析法、X射线衍射分析法以及DSC-TG半定量分析法.此外,对近几年出现的拉曼光谱法、核磁共振波谱分析等方法进行了简要介绍.化学分析法可以比较准确地反映水泥中钙矾石的含量,但测定程序繁杂、效率较低,通常用于实验室中关于钙矾石相的精确定量;仪器分析法测定程序较为简洁,但定量精度相对较差,通常只用作半定量分析.为了优势互补,更准确地测定水泥水化产物中钙矾石的含量,应采用化学分析与仪器分析相结合的方法.     

钙矾石的形成和稳定条件

本文研究了在C_(12)A_7中加入不同形态和不同量的石膏后,钙矾石的形成和稳定条件,同时研究了液相成分和水化的固相产物。 从液相的化学成分分析结果发现,溶液中[CaO]和[SO_3]的浓度有一突然下降,在加入石膏的条件下,[CgO]浓度从1.0mg/ml降至 0.5mg/ml,而[SO_3]从 1.0mg/ml 降至 0.1mg/ml。至于[Al_2O_3]的浓度,从开始时逐渐上升,而后缓慢下降。与此同时,固相中已形成的钙矾石转变为低硫型水化硫铝酸钙(由 XRD和DTA所证实)。 然而,在含有硬石膏的试样中液相的[SO_3]浓度一开始就很低,所以只有低硫型盐存在。据此作者认为,当W/S比例较大时,如在本实验的条件下为10,钙矾石是通过液相生成的,而钙矾石的稳定条件在很大程度上决定于液相中[SO_3]的浓度,如溶液中[SO_3」的浓度低于1.0mg/ml,则钙矾石不能稳定存在,将转变为低硫型盐。 若在上述系统中加入可以与水化铝酸钙形成复盐的化合物,如CaCO_3,将与 C_(12)A_7反应生成水化碳铝酸钙,则可避免钙矾石的转变。 作者还认为已经生成的低硫型盐,在液相[SO_3]浓度适合的条件下也会转变为钙矾石,不过这还需要继续工作。 文章最后还简短讨论了钙矾石的形成机理及液相中[CaO]、[SO_3]和[Al_2O_3]浓度变化的规律。     

AFm阴离子类型对硫铝酸盐水泥水化产物钙矾石稳定性的影响

钙矾石是硫铝酸盐水泥主要水化产物之一,其稳定性对水泥性能影响很大。将碳酸钙、硝酸钙或亚硝酸钠按不同掺量加入硫铝酸盐水泥,并研究了它们对水泥水化、线性膨胀率和抗压强度等影响。结果表明,掺入这3种物质后可生成相应的阴离子单取代水化铝酸钙(AFm);含硝酸钙或亚硝酸钠净浆线性膨胀率均高于纯硫铝酸盐水泥净浆;含有这3种物质的水泥砂浆56 d龄期抗压强度均高于纯硫铝酸盐水泥砂浆。碳酸钙、硝酸钙或亚硝酸钠可提高硫铝酸盐水泥水化产物钙矾石的稳定性,从而提升水泥性能,其中硝酸钙和亚硝酸钠效果较佳。     

固硫灰渣水化浆体中钙矾石稳定性

流化床燃煤固硫灰渣(简称固硫灰渣)含有大量烧粘土质矿物,还含有较多f-CaO和无水石膏,因此固硫灰渣水化浆体中含有一定量的钙矾石.用X射线衍射和化学分析方法研究钙矾石含量随水化龄期的变化规律,并以此反映其稳定性.结果显示:在标准养护条件下,钙矾石含量从1 d至28 d水化龄期呈逐渐增长趋势,但在28 d龄期后则显著减少.研究表明固硫灰渣水化浆体中的钙矾石是不稳定的,在一定龄期后会出现明显分解现象.     

水化产物钙矾石在软土地基加固中的增强作用

通常加固软土地基是使用第一的水泥用为固化剂。研究与实践表明,由于软土中孔隙量很高,采用工业废石膏与水泥配合加固软土,其中产生的水化产物钙矾石可以高效率的填充孔隙,对固化工的强度增长有显著的增强作用,从而得固人疆土工与单纯用水泥加固相比有大幅度的提高,钙矾石形成过程中,液相ＣａＯ,ＯＨ浓度决定钙矾石的形貌和膨胀性能,不同土样对ＣａＯ,ＯＨ消耗量不同,导致固化上液相中ＣａＨ,ＯＨ,浓度不同,因而,对不     

硫酸盐侵蚀下钙矾石的形成和膨胀机理研究现状

钙矾石是水泥混凝土硫酸盐侵蚀过程中的重要产物之一,钙矾石的形成可能会引起混凝土膨胀、开裂,本文在讨论水泥混凝土中钙矾石的形成和形貌的基础上,从钙矾石的形成环境-反应机理-形貌-膨胀机理出发综述了不同反应机制下形成的钙矾石对应的膨胀性能及钙矾石型硫酸盐侵蚀的膨胀机理,最后对钙矾石型硫酸盐侵蚀现状进行了总结.     

钙矾石对Cr6+和Cr2+的固化及稳定性

通过溶液法人工合成钙矾石,分析比较了水化形成过程中钙矾石对Cr6+和Cr2+固化机制及其稳定性.结果表明,Cr6+和Cr2+均可对钙矾石晶格结构产生一定影响,但两者在钙矾石中固化机制并不完全相同.Cr6+挤入钙矾石晶格层间结构,改变了分子对称性,对钙矾石晶体结构有较大影响;而Cr2+对钙矾石晶体结影响较小.在水化液相中重金属离子含量较低时,钙矾石对Cr2+、Cr6+俘获能力较高,且少量Cr2+对钙矾石晶体生长发育促进作用;而重金属离子含量较高时,钙矾石对Cr6+俘获能力明显下降,但对Cr2+的固化能力仍较高.钙矾石对Cr2+固化受环境条件影响较小,同时少量Cr2+在一定程度上有利于稳定碳化条件下钙矾石晶形结构;而钙矾石对Cr6+的固化受外界环境因素影响较大,且碳化、冻融、氯盐侵蚀多因素复合对其固化稳定性有极大影响.     

钙矾石形成机理的研究

采用液相离子浓度测定与固相物相分析的方法,分析了离子浓度变化规律与钙矾石形成的关系,考察了矿物种类与含量、石灰浓度、二不石膏掺量对钙矾石形成的影响。结果表明：钙矾石形成是由[AI(OH)6]^3-八面体,铝氧八面体与钙多面体交替排列成形钙铝多面柱与SO4^2-进入柱间沟槽3个过程串联形成,其中速率最慢的[AI(OH)6]^3-形成过程为钙矾石形成的控制步骤。形成钙矾石诸离子中,[AIO2^-]最低,是影响钙矾石形成速率的最活跃因素。     

Fe_2O_3－Al_2O_3钙矾石型固溶体系列

钙矾石是水泥的一种重要水化产物。经过反复摸索，本研究找出了合成Ｆｅ２Ｏ３的克分子百分含量从０至１００的钙矾石型固溶体的条件。精确测定了含Ｆｅ２Ｏ３量不同的钙矾石的晶胞参数，并做了失重和差热分析。结果表明：①晶胞参数和热性能随钙矾石中的Ｆｅ２Ｏ３含量增加而连续变化；②随铁含量的增加，钙矾石晶胞变大；③钙矾石中溶入Ｆｅ２Ｏ３之后，热稳定性稍有下降，全铁端员差热曲线主吸热谷较全铝端员降低约６℃。