鈣礬石（Ettringite）是一種無色到黃色的含水鈣鋁硬石膏，化學(xué)式為Ca6Al2(SO4)3(OH)12·26H2O。它通常呈無色柱狀晶體，部分脫水后會變白。鈣礬石屬于鈣礬石類礦物，包括矽灰石膏和鈣硫酸鉻鉀等。
正文
鈣礬石，英文名Ettringite，屬于鈣鋁硫酸鹽礦物，是一種無色到黃色的礦物晶體，通常為無色柱狀晶體，部分脫水會變白。其化學(xué)分子為：3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O，其中結(jié)晶水的數(shù)量與所處環(huán)境有關(guān)。
混凝土中的鈣礬石
混凝土中的鈣礬石是由水泥水化產(chǎn)物C—A—H(水化鋁酸鈣)和硫酸根離子結(jié)合產(chǎn)生的結(jié)晶物水化硫鋁酸鈣(簡稱AFt)。AFt與天然礦物鈣礬石的化學(xué)組成及晶體結(jié)構(gòu)基本相同。
鈣礬石的制備
目前通過實驗手段制備純鈣礬石的方法主要有以下3種：
第一種是反應(yīng)溶液法。以AR級石灰乳，Al2(SO4)3·18H2O為原料，按下列反應(yīng)方程合成：
Al2(SO4)·18H2O+6石灰乳3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O
第二種是AFm轉(zhuǎn)化法。先是合成AFm，1步用自蔓延(SHS)法合成CA，第2步合成AFm，稱取適量CaO·CaSO4·12H2O和CA濕磨(WPC=0。14)，置于密封瓶中，在40℃下水化7d，每天定時碾磨，水化后樣品經(jīng)60℃烘干，產(chǎn)物為AFm;然后由AFm轉(zhuǎn)化成AFt，AFm加水和足量石膏轉(zhuǎn)化為AFt，反應(yīng)方程為：
C3A·CaSO4·12H2O+2CaSO4+20H2O－C3A·3CaSO4·32H2O
第三種是鋁酸鈣(CA)轉(zhuǎn)化法。按1∶1的摩爾比將Al2O3和CaO混勻，并在1200℃燒結(jié)反應(yīng)完全(礦物主要為CA)，研磨后再與適量的CaO和CaSO4·2H2O配合加水反應(yīng)120h，即得所需的鈣礬石樣品，反應(yīng)滿足下列方程：
CaO·Al2O3+2CaO+3CaSO4·2H2O+30H2O－3C3A3CaSO4·32H2O
混凝土中鈣礬石的形成
混凝土中形成鈣礬石的反應(yīng)既包含液相反應(yīng)，也包含固相反應(yīng)。目前工程領(lǐng)域中使用的各種膨脹劑和膨脹水泥，在它們的水化過程中，形成鈣礬石的反應(yīng)主要有下列3種：
3C3A+3(CaSO4·2H2O)+26H2O－3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O
C3A+3(CaSO4·2H2O)+2石灰乳+24H2O－3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O
3C3ACaSO4+8CaSO4+6CaO+96H2O－3(3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O)
上述3種類型的反應(yīng)，都經(jīng)歷相同的反應(yīng)過程——水泥加水后，其礦物與石膏快速溶解產(chǎn)生Ca、SO4、OH帶電粒子，形成鈣礬石過飽和溶液，這些離子通過濃差擴(kuò)散聚集在一起，按照下列3步反應(yīng)過程形成鈣礬石：
第一步：
AlO2+2OH+2H2O－[Al(OH)6]
第二步：
2[Al(OH)6]+6Ca+24H2O{Ca6[Al(OH)6]·24H2O}
第三步：
{Ca6[Al(OH)6]·24H2O}+3SO4+2H2O{Ca6[Al(OH)6]·24H2O]2·24H2O}(SO4)·2H2O
鈣礬石的特性
1.膨脹性
膨脹性是鈣礬石最大的特性，水泥中CaO、Al2O3和CaSO4水化形成鈣礬石能使固相體積增大約120%。
2.鈣礬石的穩(wěn)定性
混凝土中鈣礬石的穩(wěn)定性取決于以下兩個方面：
a）水泥水化過程中離子成分及濃度；
b）溫度。70℃是一個關(guān)鍵溫度，AFt大約在70℃分解。
鈣礬石的生長規(guī)律
混凝土中水化形成的鈣礬石的生長速率和最終的長度受3個因素影響：化學(xué)因素、漿體微觀結(jié)構(gòu)以及混凝土或砂漿的微觀結(jié)構(gòu)。
研究表明水灰比對鈣礬石的生長有顯著的影響。在相同條件下，水灰比越大，水泥石結(jié)構(gòu)越疏松，鈣礬石的生成就有空間。水灰比小，水泥石結(jié)構(gòu)較緊密，孔隙較小，生成的鈣礬石數(shù)量較少，晶體產(chǎn)生各向異性生長而呈針狀。
參考資料 >