鈣礬石

混凝土中鈣礬石的形成 3C3A+3(CaSO4·2H2O)+26H2O-3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O 鈣礬石的特性

鈣礬石,英文名Ettringite,屬於鈣鋁硫酸鹽礦物,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。其化學分子為:3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O,其中結晶水的數量與所處環境有關。
混凝土中的鈣礬石
混凝土中的鈣礬石是由水泥水化產物C—A—H(水化鋁酸鈣)和硫酸根離子結合產生的結晶物水化硫鋁酸鈣(簡稱AFt)。AFt與天然礦物鈣礬石的化學組成及晶體結構基本相同。
鈣礬石的製備
目前通過實驗手段製備純鈣礬石的方法主要有以下3種:
第一種是反應溶液法。以AR級Ca(OH)2,Al2(SO4)3·18H2O為原料,按下列反應方程合成:
Al2(SO4)·18H2O+6Ca(OH)2-3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O
第二種是AFm轉化法。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),置於密封瓶中,在40℃下水化7d,每天定時碾磨,水化後樣品經60℃烘乾,產物為AFm;然後由AFm轉化成AFt,AFm加水和足量石膏轉化為AFt,反應方程為:
C3A·CaSO4·12H2O+2CaSO4+20H2O-C3A·3CaSO4·32H2O
第三種是鋁酸鈣(CA)轉化法。按1∶1的摩爾比將Al2O3和CaO混勻,並在1200℃燒結反應完全(礦物主要為CA),研磨後再與適量的CaO和CaSO4·2H2O配合加水反應120h,即得所需的鈣礬石樣品,反應滿足下列方程:
CaO·Al2O3+2CaO+3CaSO4·2H2O+30H2O-3C3A·3CaSO4·32H2O
混凝土中鈣礬石的形成
混凝土中形成鈣礬石的反應既包含液相反應,也包含固相反應。目前工程領域中使用的各種膨脹劑和膨脹水泥,在它們的水化過程中,形成鈣礬石的反應主要有下列3種:
3C3A+3(CaSO4·2H2O)+26H2O-3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O
C3A+3(CaSO4·2H2O)+2Ca(OH)2+24H2O-3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O
3C3A·CaSO4+8CaSO4+6CaO+96H2O-3(3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O)
上述3種類型的反應,都經歷相同的反應過程——水泥加水後,其礦物與石膏快速溶解產生Ca、SO4、OH等離子,形成鈣礬石過飽和溶液,這些離子通過濃差擴散聚集在一起,按照下列3步反應過程形成鈣礬石:
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.鈣礬石的穩定性
混凝土中鈣礬石的穩定性取決於以下兩個方面:
a)水泥水化過程中離子成分及濃度;
b)溫度。70℃是一個關鍵溫度,AFt大約在70℃分解。
鈣礬石的生長規律
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:化學因素、漿體微觀結構以及混凝土或砂漿的微觀結構。
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,水泥石結構越疏鬆,鈣礬石的生成就有空間。水灰比小,水泥石結構較緊密,孔隙較小,生成的鈣礬石數量較少,晶體產生各向異性生長而呈針狀。

相關詞條

相關搜尋

熱門詞條

聯絡我們