钙矾石结构模型
钙矾石形成机理的研究
Ca- Al poly hedra in which Ca and Al poly hedr a arrang e alter nately, as w ell as SO 24 enters in the channel of polyhedr a. T he r eaction o f [ Al( OH) 6]
表 2 铝酸钙二水石膏体系水化不同时间固相物相分析结 果 Table 2 Hydrated products analysis of calcium aluminate gypsum systems in diff erent periods
C 3A 3C S H 32 C 3 A CSH 12 Specimen T ime/ h X RD D TA C 3 A + C SH 2 1 6 1 4 24 48 CA+ C SH 2 1 6 1 2 4 8 24 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + X RD DT A + + + + + + + + + + + + + + + + + + + XR D DTA XRD DTA + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + AH 3 CS H 2
混凝土中钙矾石的重结晶
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混凝土中钙矾石的重结晶
马惠珠, 邓 敏, 朱建强
( 南京工 业大学材料科学与工程学院 , 南京 210009) 摘要 钙矾石是水泥重要的水化产物之一 , 也是铝酸盐类膨胀剂产生膨胀的主要物质 , 但它在 混凝土中并不稳 定 , 容易发生重结晶 。 提出了混凝土中钙矾石重 结晶的理论基础 , 并从钙矾石的溶解和析晶两方面探 论了混凝土中钙 矾石重结晶的影响因素 , 重点讨论了混 凝土原料组分中碱和石膏对钙矾石析晶的影响 。 此外 , 还概述 了钙矾石重结晶 与膨胀之间的关系 。 最后 , 提出了一些有待进一 步研究的问题 。 钙矾石 重结晶 膨胀 关键词
[ 4]
钙矾 石 的 基 本 结 构 单 元 是 多 面 柱 { Ca3 A l ( OH ) 6 # 12H 2 O} 3+ , 柱 芯 是 [ A l ( OH ) 6 ] 3- 八 面 体 [ 12] 。 多 面 柱 是 [ A l( OH ) 6 ] 3- 八面体 再在周围各结 合三个 钙多面 体组 合而成 , 而 SO2则在单 元柱的 沟槽中平 衡其正 电荷 , 并将 相邻的 单元 4 柱相互连接成整体 [ 13] 。 当混凝土内部 Ca2+ 、 SO 2A lOO H - 等离子通过 浓度差 4 、 2 、 扩散聚 集在一起 , 形成 钙矾石过饱 和溶液 , 钙矾石析 晶 , 该 过程 可表示为 :
[ 8] 45ຫໍສະໝຸດ 2. 3 混凝土组分对钙矾石析晶的影响 2. 3. 1 碱对钙矾石析晶的影响
碱 ( N a2 O , K 2 O) 是水泥中很重要的 微量组 分。碱的存 在使 液相 OH - 浓度较高 , 即 pH 值较高。 孔溶液 中的 O H - 浓 度比 饱和 Ca( OH ) 2 的 OH - 浓度高 15 倍 [ 15] 。碱的 存在可以促 进钙 矾石的形成 [ 16] 。在 N aO H 存在的 情况下 , 溶液 中 O H - 浓 度大 大增 大 ( 在 N aO H 浓度 为 0. 7mo l/ L 的 情 况 下 , 增 加 将 近 10 倍 ) , 所 提供的 O H - 直接 参与了 形成钙 矾石的反 应 , 同时 A l3+ 的浓度也增大 , 将大大有利于 [ Al( O H) 6 ] 3- 八面体的形成 , 即有 利于钙矾 石基 本结 构单 元 { Ca6 [ A l( O H ) 6 ] 2 # 24H 2 O } 6+ 的 形 成 , 对钙矾石的晶核形成和晶体生长十分有利。 根据热力学计算 , 反应式 ( 2) 中钙矾石 形成所需 的 pH 值应 不低于 12. 66 [ 17] 。实际研究中 , 当 pH = 12~ 12. 5 时 , 钙矾 石结 晶析出 ; 当 pH = 10. 6~ 11. 6 时 , 石 膏结 晶析 出 ; 当 pH < 10. 6 时 , 钙矾石 开 始 分 解 [ 18] 。 但 有 研 究 者[ 14] 认 为 , 只 有 在 pH = 11. 5~ 11. 8 的 条件 下 才生 成 晶体 钙 矾 石 , 而 在 pH = 12. 5 ~
钙矾石的物理化学性能与混凝土的耐久性
耀 忠 用化 学纯 物 质 合 成 了钙 矾 石 ，精 测 了钙 矾 石 的 晶
胞 参 数 ，ａ ｌ 、 ２Ａ，ｃ ２ ． １Ａ，他所 测 的钙 矾 石 和 ＝ １ ２ ＝ １ ４
铁 钙 矾 石 的粉 末 衍 射 数据 已被 国际 衍 射 数据 库 接 受 为
标 准 数据 。
近 年 来 ， 一些 研 究 者对 钙 矾 石 晶体 结 构作 了进 一 步研 究 ，归 纳 有两 种 模 型 ： 一种 是 由垂 直 于 Ｃ轴 的层 状 结构 模型 ， 一种 是 柱状 结 构模 型 。 ｏ ｒ 另 Ｍ ｏ ｅ和 Ｔ ｙ ｏ ａ ｌｒ
可 见 钙矾 石 是 一 个 高 结 晶水 的水化 物 。如 果 仔细 地 研 究 铝 柱 结构 水 的分 布 ，便 发 现 它 的表 面 是 一 层 水 的单
分 子层 。因此 ，Ｍ ｈ ａ ｅ ｔ 认 为 ， 由于钙 矾 石表 面 电性 能 的特 殊 而 吸 水肿 胀 是 引起 水泥 石 膨胀 的原 因 。 在 Ｊ ｎ ｓ 介 绍 了钙 矾 石可 以被 各种 离子 取 代 而间沟槽 中有三 个 ［０ 和二 个 ３Ｃ Ｓ Ｈ０分 子 。整 个铝 柱 ［ １ Ｏ ）］。 ２ Ａ （Ｈ ｅ 卜 是带 负 电荷 的 ，而 各
个钙 多面 体则 带 正 电荷 。 在 钙 矾 石 晶胞 中 ， 分 子 的容 积达 ５ ． ７ 水 １ ３ ％，由此
形 成 固溶 体 的研 究 成果 。如 Ａ 。 １ 可被 Ｆ 。 代而 形 ｚ ０ ｅ 取
ｌ ３
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成 ３ ａ －ｅ０．Ｃ Ｓ ２ ２。 ａ Ｏ 可被 Ｃ Ｓ 取代 而 形 Ｃ Ｏ ２３ ａ Ｏ－ Ｈ０ Ｃ Ｓ Ｆ ３ ３ ａ ３ ｉ Ｏ 成 ３ ａ ・１ ３ Ｃ Ｓ ０－２ ｚ 。 席 耀 忠 系 统 地 研 究 了 Ｃ Ｏ － ａ ｉ ３ Ｈ０ Ａｚ ３ ０ ３
钙矾石形成引起石灰改良土膨胀研究
钙矾石形成引起石灰改良土膨胀研究1 概况为了改善土工材料的性能，经常使用诸如石灰、水泥等材料对土进行改良。
在石灰改良土高pH值环境下，矿物活性被激发，引起石膏、芒硝等硫酸盐与改良土发生化学反应，形成钙矾石晶体导致膨胀变形，对改良土体产生不利影响。
钙矾石形成是一个复杂的化学过程，在适宜的碱性环境下，含有钙、铝元素的矿物和发生反应，形成氧硅八面体基本结构单元，一个单元吸收32个水分子，固相体积剧烈膨胀约2.5倍[1]。
钙矾石晶体形成最大的特点就是产生体积膨胀，其影响研究始于混凝土研究领域。
韩宇栋等[2]针对实际工程中混凝土自身材料组成和硫酸盐侵蚀环境各不相同的情况，总结了混凝土硫酸盐侵蚀产物主要有钙矾石(Aft)、石膏、硅灰石膏(TSA)、盐类侵蚀(NaSO4，MgSO4)几类，研究认为当硫酸盐浓度低于0.8%时，主要形成钙矾石导致混凝土膨胀破坏。
该类型铀矿化与钠交代体密切相关，矿体形态一般较为简单。
如芨岭矿床[13]，含矿主要钠交代角砾岩体呈不规则的小岩筒状，矿体形态为大脉状(板状)、透镜状，构造错动小，破坏程度中等常常受断裂控制，数和矿体呈平行雁列式排列分布。
赵如意等[14]对芨岭岩体成矿模式进行了深入研究，认为碱交代型铀矿化的实质是隐爆角砾岩型铀矿。
典型矿床有芨岭矿床、新水井矿床(图4)和20号、26号及墩子沟矿点。
同时，国内外学者也对硫酸盐侵蚀导致改良土膨胀现象进行了研究。
陈四利、宁宝宽[3-4]开展了水泥改良土的环境效应试验研究，对不同离子浓度对水泥土强度的影响进行了试验，分析了硫酸根侵蚀对水泥土的破坏特征，通过扫描电镜研究盐溶液侵蚀作用下水泥土的细观破裂过程。
Sigdel等[5]针对美国俄亥俄州北部硫酸盐侵蚀生成钙矾石引起改良土膨胀的现象进行了研究，认为在硫酸盐侵蚀过程中钙矾石晶体发育是改良土膨胀的主要原因。
Chrysochoou等[6]对20种不同矿物成分的改良土在不同硫酸盐浓度下生成钙矾石及其膨胀的情况进行研究，表明钙矾石晶体形成与孔隙状态分布、改良剂性质以及掺量、改良土中矿物成分以及水、硫酸盐和众多环境因素密切相关，反应条件特殊，需要各项因素综合作用。
混凝土中钙矾石的研究进展综述
[摘要]本文主要从混凝土中钙矾石的结构、在混凝土中的形成机理、性质以及其在混凝土中生长规律五个方面简要综述了国内外钙矾石研究的进展，为以后进一步研究钙矾石作必要的准备。
[关键词]钙矾石；形成机理；生长规律在沿海地区和内陆盐湖地区，混凝土结构物易受SO42－、Na+、Mg2+、Cl-等侵蚀，与其水化物进行固相或液相化学反应生成具有体积膨胀性质的钙矾石、石膏和硅灰石膏等大分子结晶体。
通常认为钙矾石的发育膨胀使混凝土材料开裂，而氯离子(Cl-)使钢筋锈蚀，从而导致结构耐久性的丧失。
在硫酸盐侵蚀下混凝土结构耐久性研究中，对大分子结晶体钙矾石的研究至关重要。
自从1872年W·米契阿里斯首次提出了“水泥杆菌”概念并制得钙矾石(3CaO·Al2O3·3CaSO4·30H2O)[1]以来的一个多世纪里，各国学者对钙矾石的研究从未停止。
对钙矾石的研究主要是研究其物相结构、形成机理、特性以及其在混凝土中的生长规律等等，一个多世纪以来虽然对钙矾石的研究取得了一定的进展，但其中有些结论或者成果并不是完全一致的，有的甚至是互相矛盾的。
本文就此对国内外混凝土中钙矾石的研究进展进行简要的综述，为进一步研究钙矾石晶体作必要的准备。
钙矾石是我国对此晶体的称呼，国际通用名称是Ettringite。
1 钙矾石的物相结构一般我们所指混凝土中的钙矾石是指水泥水化产物C—A—H(水化铝酸钙)和硫酸根离子结合产生的结晶物水化硫铝酸钙(简称AFt)，AFt与天然矿物钙矾石的化学组成及晶体结构基本相同。
钙矾石的分子式是3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O，其结晶水的数量与其所处环境湿度有关。
Taylor和Moore等人从微观层次对钙矾石的分子结构进行了研究，他们认为[2]，钙矾石的基本结构单元为{Ca3[Al(OH)6]·12H2O}3+，属三方晶系，呈柱状结构，其折射率为N0=11464，Ne=11458，25℃时的相对密度为117。
钙矾石分子式
钙矾石分子式1. 引言钙矾石是一种常见的矿物，其分子式为CaSO4·2H2O。
它是一种硫酸盐矿物，由钙离子、硫酸根离子和水分子组成。
钙矾石具有多种用途，广泛应用于建筑材料、肥料、工业原料等领域。
本文将对钙矾石的分子式、结构特点、性质以及应用进行详细介绍。
2. 分子式钙矾石的分子式为CaSO4·2H2O，其中Ca表示钙元素，S表示硫元素，O表示氧元素，H表示氢元素。
•钙元素（Ca）：属于碱土金属元素，在自然界中广泛存在。
它具有银白色金属光泽，在化学反应中常以二价阳离子形式存在。
•硫元素（S）：属于非金属元素，黄色固体。
在自然界中以硫化物和硫酸盐等形式存在。
•氧元素（O）：属于非金属元素，在自然界中广泛存在。
氧气是地球大气中最常见的元素之一。
•氢元素（H）：属于非金属元素，无色气体。
在自然界中通常以水的形式存在。
钙矾石的分子式表示了钙矾石分子中各个元素的种类和相对数量。
其中CaSO4表示一个硫酸根离子与一个钙离子组成的部分，2H2O表示两个水分子。
3. 结构特点钙矾石的结构特点主要包括晶体结构和化学键结构。
3.1 晶体结构钙矾石晶体呈透明或白色，具有单斜晶系结构。
其晶胞参数为a=0.572 nm，b=0.679 nm，c=0.611 nm，β=110.5°。
晶胞中含有四个CaSO4·2H2O分子。
3.2 化学键结构钙矾石中的化学键主要包括离子键和氢键。
•离子键：CaSO4中Ca离子与SO4离子之间通过电荷吸引力形成离子键。
硫酸根离子中的硫与氧形成共价键，而与钙离子之间则通过电荷转移形成离子键。
•氢键：CaSO4·2H2O中的水分子与硫酸根离子之间通过氢键相连。
氢键是一种弱化学键，其形成主要依赖于氢原子与电负性较高的氧、氮或氟原子之间的作用力。
4. 性质钙矾石具有以下主要性质：4.1 物理性质•外观：钙矾石呈透明或白色结晶，有时也呈黄色、棕色或灰色。
•密度：钙矾石的密度为2.32 g/cm³。
钙矾石的物理化学性能与混凝土的耐久性
钙矾⽯的物理化学性能与混凝⼟的耐久性钙矾⽯的物理化学性能与混凝⼟的耐久性游宝坤（中国建筑材料科学研究院）摘要：本⽂综合介绍国内外学者对钙矾⽯的物理化学性能的研究成果，讨论矾⽯对⽔泥混凝⼟物理⼒学性能及其耐久性的影响，对正确使⽤混凝⼟膨胀剂、膨胀－⾃应⼒⽔泥等特种混凝⼟具有指导意义。
关键词：钙矾⽯，延迟钙矾⽯、低硫铝酸钙、耐久性⼀、前⾔在我国建筑⼯程中，常⽤到混凝⼟膨胀剂、膨胀型防⽔剂、硫铝酸盐⽔泥、铁铝酸盐⽔泥、低热微膨胀⽔泥、明矾⽯膨胀⽔泥和快硬早强⽔泥等特种混凝⼟。
据不完全统计，各种混凝⼟膨胀剂年销量近30万吨，以平均掺量40kg/m3计，折合补偿收缩混凝⼟约750万m3，其他膨胀－⾃应⼒⽔泥和早强⽔泥年销约20万吨，以每⽴⽅混凝⼟⽔泥⽤量380kg计，折合混凝⼟量约53万m3，总计约800万m3/年。
这些膨胀剂或膨胀－⾃应⼒⽔泥均以钙矾⽯（C3A·3CASO4·32H2O）为膨胀源或早强⽔化物。
⼯程界对如何正确使⽤这些特种混凝⼟，并对它们的耐久性⼗分关注。
学术界对延迟钙矾⽯的⽣成条件及其可能带来的破坏开展了讨论。
这就涉及钙矾⽯的⽣成条件及其物理化学性能等根本问题。
作者根据国内外学者较⼀致的研究成果，撰写成本⽂，可供读者参考。
⼆、钙矾⽯的晶体结构1892年Michaelis通过硫酸铝溶液与⽯灰⽔反应，制备了针状棱柱体，其化学成份为3CaO·Al2O3·3CaSO4·30H2O 的矿物，并提出硅酸盐⽔泥混凝⼟受硫酸盐浸蚀的原因是由于在混凝⼟中形成了这种“⽔泥杆菌”［1］，其后，许多研究者论证了钙矾⽯的组成为C3A·3CASO4·32H2O，其结晶⽔含量与环境湿度有关。
这种三硫酸盐型的⽔化硫铝酸钙与天然矿物钙矾⽯基本相同，因⽽⼈们⼜称它为钙矾⽯。
钙矾⽯的外形是六⽅柱状或针状。
1936年，Bannister对钙矾⽯的晶体结构进⾏研究认为：它的六⽅晶包含有两个分⼦的C3A·3CaSO4·31H2O,a0=b0=11.10埃，C0=21.58埃。
钙矾石的物理化学性能与混凝土的耐久性
钙矾石的物理化学性能与混凝土的耐久性游宝坤（中国建筑材料科学研究院）摘要：本文综合介绍国内外学者对钙矾石的物理化学性能的研究成果，讨论矾石对水泥混凝土物理力学性能及其耐久性的影响，对正确使用混凝土膨胀剂、膨胀－自应力水泥等特种混凝土具有指导意义。
关键词：钙矾石，延迟钙矾石、低硫铝酸钙、耐久性一、前言在我国建筑工程中，常用到混凝土膨胀剂、膨胀型防水剂、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、低热微膨胀水泥、明矾石膨胀水泥和快硬早强水泥等特种混凝土。
据不完全统计，各种混凝土膨胀剂年销量近30万吨，以平均掺量40kg/m3计，折合补偿收缩混凝土约750万m3，其他膨胀－自应力水泥和早强水泥年销约20万吨，以每立方混凝土水泥用量380kg计，折合混凝土量约53万m3，总计约800万m3/年。
这些膨胀剂或膨胀－自应力水泥均以钙矾石（C3A·3CASO4·32H2O）为膨胀源或早强水化物。
工程界对如何正确使用这些特种混凝土，并对它们的耐久性十分关注。
学术界对延迟钙矾石的生成条件及其可能带来的破坏开展了讨论。
这就涉及钙矾石的生成条件及其物理化学性能等根本问题。
作者根据国内外学者较一致的研究成果，撰写成本文，可供读者参考。
二、钙矾石的晶体结构1892年Michaelis通过硫酸铝溶液与石灰水反应，制备了针状棱柱体，其化学成份为3CaO·Al2O3·3CaSO4·30H2O 的矿物，并提出硅酸盐水泥混凝土受硫酸盐浸蚀的原因是由于在混凝土中形成了这种“水泥杆菌”［1］，其后，许多研究者论证了钙矾石的组成为C3A·3CASO4·32H2O，其结晶水含量与环境湿度有关。
这种三硫酸盐型的水化硫铝酸钙与天然矿物钙矾石基本相同，因而人们又称它为钙矾石。
钙矾石的外形是六方柱状或针状。
1936年，Bannister对钙矾石的晶体结构进行研究认为：它的六方晶包含有两个分子的C3A·3CaSO4·31H2O,a0=b0=11.10埃，C0=21.58埃。
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钙矾石结构模型
钙矾石结构模型，是描述钙矾石晶体结构的一种模型。
钙矾石是一种常见的矿物，其化学式为CaSO4·2H2O，是一种含水硫酸钙盐。
钙矾石结构模型的研究对于理解其物理性质和应用具有重要意义。
钙矾石结构模型的基本单元是由钙离子（Ca2+）、硫酸根离子（SO42-）和水分子（H2O）组成的。
在这种模型中，钙离子位于晶体的中心位置，硫酸根离子以及水分子则与之配位形成不同的层状结构。
钙离子与硫酸根离子之间通过离子键相互连接，而水分子则通过氢键与钙离子以及硫酸根离子相互连接。
钙矾石结构模型的研究主要包括晶体结构的测定、晶体生长机制的研究以及物理性质的探究。
通过X射线衍射等技术，科学家们可以确定钙矾石的晶体结构，进而揭示其内部原子和分子的排列方式。
这对于探索钙矾石的热力学性质、光学性质以及电学性质等具有重要意义。
钙矾石结构模型的研究还涉及到晶体生长机制的探究。
晶体生长是指晶体在溶液中逐渐增大的过程，这涉及到物质的输运、溶解度以及晶体与溶液界面的相互作用等因素。
了解晶体生长的机制能够帮助科学家们优化晶体生长的条件，从而获得更大尺寸、更高质量的钙矾石晶体。
除了基础研究外，钙矾石结构模型的研究还具有一定的应用价值。
钙矾石作为一种重要的矿物，在建筑材料、化工、医药等领域都有广泛的应用。
通过对钙矾石结构模型的研究，科学家们可以探索其在这些领域中的应用潜力，进一步发展相关的技术和产品。
钙矾石结构模型的研究对于理解其物理性质和应用具有重要意义。
通过揭示钙矾石晶体内部的原子和分子排列方式，科学家们可以深入探究其热力学性质、光学性质以及电学性质等方面。
此外，钙矾石结构模型的研究还有助于优化晶体生长条件，提高钙矾石晶体的尺寸和质量。
随着对钙矾石结构模型认识的深入，相信钙矾石的应用前景将会更加广阔。