混凝土中钙矾石的研究进展综述
混凝土中钙矾石的重结晶
析 出， 然后 慢慢 长 成 针 棒状 。硅 酸 盐水 泥 中通 常 掺 人 ８ ～ １ 膨胀剂来 制备膨 胀水 泥 。对 于采 用膨 胀水 泥拌 制 的混凝 ２ 土 ， 内部钙矾石的形成主要集 中在 ７ １ 。 其 ～２ 天 钙矾石是一种溶解与结 晶能力很强 的晶体 。无论是用硅酸 盐水泥还是膨胀水泥拌制 的混凝 土 ， 内部早 期形成 的钙矾石 其 并不能稳定存在 ， 它们会 发生溶 解一 重结 晶 ， 当混凝 土处 于潮湿 环境 中则更为 明显 。 对于溶液 中的晶体 ， ｌｉ Ｋｅ ｎ公式提 供 了晶体尺 寸和溶 解度 ｖ
ｒｃ ｙ ｔＵ ｔ ｎａ ｄ ｅ ｐ ｎ ｉｎ ｉ ａｓ ｕ ｅ ｒ ｓ ａ ａ ｉ ｎ ｘ ａ ｓｏ ｓ ｌｏ ｓ ｍｍ ａ ｉｄ ａ ｄ ｓ ｍｅ ｐ ｏ ｌｍｓ ｔ ｅ ｓ ｌ ｅ ｒ ｒ ｐ ｓ ｄ ｏ ｒｅ ｎ ｏ ｒ ｂ ｅ ｏ ｂ ｏ ｖ ｄ ａ ｅ ｐ ｏ ｏ ｅ ．
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混凝土 中钙矾石的重结晶／ 马惠珠等
・３３ ・ ５
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 ２ ０ ０ ） １ ０ ９
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 ， 它在 混凝 土 中并不稳 但 定 ， 易发 生重 结晶。提 出了混凝 土中钙矾石 重结晶的理 论基 础 ， 容 并从钙矾石 的溶 解和析 晶两方面探论 了混凝 土 中钙
存在 在硅酸盐水泥水 化开始 的几小 时 内， 矾石常 以１ ５ ， 用于 混凝 土的早 期收 缩补 ．倍 常
偿， 但在硬化后的混凝土 中形成过量 的 Ａ ｔ则会造成混凝 土的 Ｆ， 开裂。在研究后 期钙 矾石形成 的过 程中 ， 出现 了一 系列概念 ， 如 延迟性 钙矾石、 二次钙矾 石及钙 矾石 的重结 晶等 。延 迟性 钙矾 石 指的是早期混凝土 经受 高温处 理后 ， 已经形 成 的钙 矾石 部分 或全部分解 ， 期在 内部再 次逐 渐形成 的钙矾石 。延 迟性钙 矾 后 石 的研究对象 主要是 经高温养 护的水泥 制 品， 其实质 上是一 种 特殊形式 的二次钙矾石ｌ 。钙矾石 的重结 晶指的是混凝 土中早 １ ］
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 ~
钙矾石对混凝土强度的影响
钙矾石对混凝土强度的影响钙矾石是一种常见的混凝土添加剂，被广泛应用于混凝土工程中。
它能够显著影响混凝土的强度，从而对工程质量产生重要影响。
本文将从不同角度探讨钙矾石对混凝土强度的影响。
一、钙矾石的基本介绍钙矾石，也称为铝钾矾石，是一种含有铝、钾等元素的矿石。
它具有吸湿性、增强性和增稠性等特点，因此被广泛应用于建筑材料行业。
在混凝土中添加钙矾石可以改善混凝土的性能。
二、钙矾石的物理性质钙矾石具有较高的比表面积和较强的吸湿性。
在混凝土中添加钙矾石后，它能够吸收混凝土中的水分，并形成一种胶体物质，填充混凝土中的空隙。
这种填充作用可以提高混凝土的密实性，从而增强混凝土的强度。
1.增强作用：钙矾石具有增强混凝土的作用。
当钙矾石与水分反应时，会生成一种胶体物质，填充混凝土的微孔，从而提高混凝土的密实性和强度。
2.掺量影响：钙矾石的掺量对混凝土强度有一定的影响。
适量的钙矾石可以提高混凝土的强度，但过量添加钙矾石可能会降低混凝土的强度。
3.水胶比影响：钙矾石对混凝土强度的影响与水胶比有关。
较低的水胶比结合较多的水分，使钙矾石有更多的反应时间与水分发生反应，生成胶体物质，从而提高混凝土的强度。
4.龄期影响：钙矾石对混凝土的强度影响随着龄期的延长而增加。
在早期，钙矾石的填充作用较为明显，可以提高混凝土的早期强度；而在后期，钙矾石的强化作用更为明显，可以提高混凝土的长期强度。
四、钙矾石在混凝土中的应用1.提高混凝土的强度：适量添加钙矾石可以提高混凝土的强度，增加混凝土的承载能力，从而提高工程的安全性和耐久性。
2.改善混凝土的抗渗性：钙矾石的填充作用可以减少混凝土中的孔隙和裂缝，提高混凝土的密实性，从而改善混凝土的抗渗性能。
3.增加混凝土的耐久性：钙矾石可以减少混凝土中的氯盐渗透，降低混凝土的氯离子渗透系数，延缓混凝土的碳化和钢筋锈蚀，从而增加混凝土的耐久性。
4.改善混凝土的可加工性：钙矾石的增稠性可以改善混凝土的可加工性，降低混凝土的流动性，提高混凝土的坍落度和均匀性。
钙矾石在混凝土强度中的作用分析
钙矾石在混凝土强度中的作用分析标题：钙矾石在混凝土强度中的作用分析引言：在建筑和工程领域中，混凝土是一种广泛应用的材料。
它的强度是保证建筑物稳定性和使用寿命的关键因素之一。
在混凝土中，添加一些特殊的掺合料可以提高其强度和性能。
钙矾石就是一种常用的掺合料，它在混凝土中起着重要的作用。
本文将深入分析钙矾石在混凝土强度中的作用机制，并提供自己对这一主题的观点和理解。
第一部分：钙矾石的概述1.1 什么是钙矾石钙矾石是一种矿石，其主要成分是矿石中的氧化钙和硫酸钡。
1.2 钙矾石的特性钙矾石具有较高的比重、高度不溶于水和酸性环境等特点。
1.3 应用领域钙矾石广泛应用于混凝土工程，如建筑物、桥梁、道路等。
第二部分：钙矾石对混凝土强度的影响2.1 减少结构内部缺陷由于钙矾石微粒的填充作用，可以填充混凝土中的微小孔隙和空隙，减少结构内部缺陷，从而提高混凝土的强度。
2.2 改善混凝土的物理和化学性质钙矾石作为一种惰性材料，可以稳定混凝土中的化学反应，提高混凝土的稳定性和耐久性，从而增加混凝土的强度。
2.3 增加混凝土的密实性钙矾石微粒的填充作用能够填充混凝土中的孔隙，增加混凝土的密实性，从而增加混凝土的强度。
2.4 提高混凝土的强度指标通过添加适量的钙矾石，可以提高混凝土的抗压强度、抗拉强度、抗冻性和耐久性等强度指标。
第三部分：钙矾石的使用注意事项3.1 钙矾石的使用比例适当的添加比例是确保钙矾石发挥作用的关键，过高或过低的添加比例都会影响混凝土的性能和强度。
3.2 钙矾石的质量要求钙矾石质量的稳定性和纯度对混凝土的强度产生直接影响，因此选择高质量的钙矾石供应商至关重要。
3.3 钙矾石的施工技术正确的施工技术和工艺可以确保钙矾石在混凝土中的均匀分布，从而发挥其最大的强度作用。
总结和回顾：钙矾石在混凝土强度中的作用是多方面的，包括减少结构内部缺陷、改善混凝土物理和化学性质、增加混凝土的密实性和提高混凝土的强度指标。
然而，在使用钙矾石时需要注意添加比例、质量要求和施工技术等方面，以确保其发挥最佳效果。
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。
钙矾石与方镁石双膨胀作用研究
第28卷增刊硅酸盐学报Vol.28,Supplement 2000年12月JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY December,2000钙矾石与方镁石双膨胀作用研究陈胡星1,李东旭1,叶 青2,王宇青1,楼宗汉1(1.浙江大学材料系,杭州 310027; 2.浙江工业大学建工学院,杭州 310032)摘 要:钙矾石与方镁石双膨胀作用有以下3种形式:(1)促使水泥石内部孔隙的压缩和迁移,即改变水泥石孔结构;(2)补偿收缩和产生外体积膨胀;(3)在约束条件下产生预压应力,即内部储能.钙矾石膨胀主要发生在早期,方镁石膨胀主要发生在后期,两者适当组合,能使水泥及其混凝土产生适宜的膨胀量与膨胀分布.合理利用钙矾石与方镁石双膨胀作用,可以使中热和低热矿渣水泥获得较好的微膨胀性,同时保证强度等其它性能良好稳定.关键词:钙矾石;方镁石;膨胀中图分类号:TQ172.7文献标识码:A 文章编号:0454-5648(2000)S0-0001-05STU DY OF EFFECTS OF TWO EXPANSION SOURCES OF ETTRINGITE AN D PERIC LASE IN CEMENTChen Huxing1,L i Dongx u1,Ye Qing2,W ang Y uqing1, L ou Zhonghan1(1.Zhejiang University,Hangzhou 310027;2.Zhejiang U2 niversity of Technology,Hangzhou 310032)Abstract:The combination effects of two expansive sources,et2 tringite and periclase in cement,are as follows:densified mi2 crostructure;expansion and prestress under restrained condi2 tions.Expansion of ettringite occurs at early ages and periclase produces later expansion.With proper combination of the two sources of expansion,cement paste and concrete can acquire suitable expansion magnitude and time distribution.The moder2 ate heat or low heat cement with this characteristic can obtain slight expansion while other properties remain unchanged.K ey w ords:ettringite;periclase;expansion水泥浆体中,石膏遇水溶析,提供Ca2+和SO2-4,同时水泥熟料中的C3A和C4AF等含铝矿物收稿日期:2000-03-23.作者简介:陈胡星(1964～),男,硕士,高级工程师.也遇水溶析,提供AlO-2和Ca2+,于是产生以下反应:6Ca2++2AlO-2+3SO2-4+4OH-+29H2O3CaO・Al2O3・3CaSO4・31H2O这里的3CaO・Al2O3・3CaSO4・31H2O称钙矾石,其中的铝可被铁置换而成为含铝铁的三硫酸盐相.钙矾石在硬化水泥浆体中普遍存在,通常为针状晶体,其溶度积为1.1×10-40,因此很容易生成,并且十分稳定,而且本质是膨胀的,计算证明,其固相体积增加120%[1].氧化镁在水泥熟料煅烧过程中很少起化学反应,主要以固溶和方镁石形态存在.经测试在熟料中氧化镁的固溶量为1.1%左右[2].方镁石是晶态氧化镁,存在于熟料各矿物之间,它的数量主要为熟料中氧化镁总含量减去固溶氧化镁含量.经高温煅烧的熟料中的方镁石,水化以后形成水镁石,其固相体积增大近一倍.钙矾石的形成及其膨胀十分迅速,主要发生在早期,而方镁石的水化及其膨胀十分缓慢,主要发生在后期,对两者进行适当的组合,所产生的双膨胀作用将比单一的钙矾石膨胀或方镁石膨胀具有更好的膨胀性能.利用双膨胀作用,可以对中热和低热矿渣水泥进行改进,使之在保证其强度等其它性能良好稳定的基础上,具有较为适宜的微膨胀性,以比较有效地补偿大坝等大体积混凝土的收缩,防止和减轻裂缝的产生,提高工程的整体性、安全性与耐久性.本文主要介绍我们对钙矾石与方镁石双膨胀作用所进行的一些研究.1 钙矾石与方镁石膨胀的特点R eceived d ate:2000-03-23.Biography:Chen Huxing(1964—),male,master,senior engineer.1.1 钙矾石膨胀的特点钙矾石膨胀与水泥中含铝矿物和所掺加的石膏情况密切相关,我们侧重研究了石膏(SO 3)掺量对钙矾石膨胀的影响规律.图1为SO 3掺量与水泥净浆自由膨胀率之间的关系,试样B1.5,B2.5,B3.5和B4.5均采用中热水泥熟料掺入二水石膏配制,石膏掺量(以SO 3质量分数计,下同)分别为1.5%,2.5%,3.5%和4.5%,细度为0.08mm 方孔筛筛余小于6%,在20℃水中养护.由图1可见,SO 3掺量决定膨胀延续的时间,掺量增加,膨胀延续的时间延长,相应地增加了最终的膨胀量;除了SO 3掺量明显过高以外(如试样B4.5),膨胀一般在28d 以前基本稳定.结果同时还表明,中热水泥适当提高SO 3掺量后,也可以获得明显的早期膨胀.对以上各试样进行进一步的XRD 分析表明,SO 3掺量对膨胀的影响与SO 3掺量对钙矾石形成的影响是一致的,SO 3掺量越大,固相石膏耗完的时间越迟,钙矾石形成持续的时间越长,相应地膨胀持续的时间越长,当固相石膏基本耗完以后,钙矾石形成基本停止,相应地膨胀即趋于稳定[3].我们还研究了水泥膨胀随不同养护温度的变化规律,养护温度提高,由于促进了水泥石强度的发展,对钙矾石膨胀反而有一定的抑制作用[4].1.2 方镁石膨胀的特点方镁石水化形成水镁石的膨胀,其特点是十分缓慢,主要发生在后期,而且对养护温度十分敏感.图2为水泥净浆自由膨胀随水泥中MgO 含量和养护温度的变化规律.试样A1,A5与A8所采用的熟料,其MgO 含量依次为0.9%,5.0%和7.9%,熟料设计率值均为:饱和比KH =0.90,硅酸率SM =2.2,铝氧率IM =1.0.用电子探针,XRD 和岩相观察等方法对各熟料中方镁石数量和分布特征作了分析,其中A1无方镁石晶体,A5为3.9%,分布均匀,A8为6.8%,呈团集分布.各试样石膏掺量以SO 3计为1.8%,细度为0.08mm 方孔筛筛余小于6%.由图2可见,在50℃养护温度下,A1试样在300d 龄期时大约只有300×10-6的湿胀率;A5在300d 时所产生的净浆膨胀率大约为1200×10-6,并已基本趋于稳定;A8在60d 龄期时,已达到1200×10-6,之后产生了膨胀不稳定的现象.比较同一试样A5在不同温度下的膨胀规律,可以看到养护温度对方镁石膨胀发展有着显著的影响,温度越低,膨胀发展越缓慢,例如在20℃下,试样A5到300d 时膨胀率大约只有600×10-6,比在50℃养护时小得多.方镁石膨胀十分缓慢而且对温度十分敏感的特点,与它的水化十分缓慢并对温度十分敏感是一致的,由XRD 和DSC 分析可知,方镁石在50℃水中养护28d ,大约有30%(质量分数)转化为水镁石,300d 时才大部分转变;而在20℃时,水镁石形成率则更低,至300d 时大约只有30%的转化率[2].图1 水泥膨胀随水泥的SO 3掺量的变化规律Fig.1 Relationship between expansion of cement pastes andSO 3content图2 水泥膨胀随水泥中MgO 含量和养护温度的变化规律Fig.2 E ffect of MgO content and curing temperature on theexpansion of cement pastes2 钙矾石与方镁石膨胀对水泥石孔结构的影响2.1 钙矾石膨胀对水泥石孔结构的影响表1为试样B1.5,B2.5,B3.5和B4.5净浆水化样孔结构分析数据,水化样品水灰比均为0.28,在20℃下养28d.由表1可见,适当提高水泥中SO 3掺量,能降低水泥石孔隙率,并使之趋于小孔分布.例如,试样B3.5的SO 3掺量为3.5%,在各试样中,它的水泥石孔隙率最小,孔径在10nm 以上的大孔比例最低.这反映了适当利用钙矾石膨胀,能够促使水泥石内部孔隙的压缩和迁移,使水・2・ 硅 酸 盐 学 报 2000年 泥石结构致密化.表1 SO 3掺量不同的水泥水化样(20℃下水化至28d)孔结构分析T able 1 Porocity and pore radius distributions of hardened ce 2ment paste for samples containing variable SO 3(hy 2drated at 20℃for 28d ays)Samplew (SO 3)/%Porocity P /%Pore radius distribution φr /%7250～100nm 100～50nm 50～10nm 10～5nm 5～1.8nm B1.5 1.510.2208.0950.9814.8226.11B2.5 2.510.0408.8246.6621.1723.35B3.5 3.59.830 2.2332.2541.9423.58B4.54.512.080.514.4257.5513.5114.022.2 方镁石膨胀对水泥石孔结构的影响表2为试样A1,A5和A8在50℃水中养护至300d 的净浆水化样孔结构分析,水化样品水灰比均为0.28.试样A5,其MgO 含量为5%,水化300d 时,水泥石孔隙率以及孔径在10nm 以上的大孔比例比没有方镁石的试样A1低,而5～1.8nm 的小孔比例则比A1大,说明适当的分布均匀的方镁石膨胀,并不会引起水泥石结构起破坏,相反,对水泥石结构还具有一定的改善作用.A8则由于方镁石含量过高,水泥石孔隙明显增大,大孔比例明显增加,反映了过量的方镁石膨胀对水泥石结构的破坏作用.表2 不同MgO 含量的水泥水化样(50℃下水化300d)孔结构分析T able 2 Porocity and pore radius distribution of hardened ce 2ment paste for samples containing variable MgO (hy 2drated at 50℃for 300d ays)Samplew (MgO )/%PorocityP /%Pore radius distribution φr /%7250～100nm 1005～0nm 50～10nm 10～5nm 5～1.8nm A10.910.640027.5728.9743.46A5 5.07.8100.4313.8719.6466.06A87.912.130.6403.6152.2128.5215.023 钙矾石膨胀与方镁石膨胀的叠加钙矾石膨胀发展很快,主要发生在早期,而方镁石膨胀则发展十分缓慢,主要发生在后期,钙矾石与方镁石联合的膨胀并不是两者膨胀的机械叠加,两者存在一定的相干性[5],对钙矾石膨胀与方镁石膨胀进行恰当的组合,取长补短,同时发挥两者的特点,可以获得比较适宜的膨胀量和膨胀分布.图3为不同MgO 含量和SO 3含量的水泥试样的膨胀规律,各试样均以中热硅酸盐水泥熟料配以不同的二水石膏量制成,其中M2.0,M3.2和M4.0的MgO 含量为4.8%,SO 3含量依次为2.0%,3.2%和4.0%,试样N3.2的MgO 含量为3.5%,SO 3含量为3.2%,所用的两种MgO 含量不同的熟料均由同一厂家生产,其熟料率值与烧成条件基本一致,方镁石均呈均匀分布.结果表明,提高水泥中SO 3掺量,主要增加水泥的早期膨胀,而MgO 含量提高则主要增加其后期膨胀,两者膨胀衔接良好.表3为各试样的强度情况,除了M4.0的3d 与28d 强度较低以外,各试样的强度相差不大.这也说明,同时对钙矾石与方镁石膨胀加以适当利用,对水泥石强度不会产生不利作用.图3 不同MgO 和SO 3含量的水泥试样的膨胀规律Fig.3 E ffect of MgO and SO 3contents on the expansion ofcement pastes4 双膨胀作用对中热和低热矿渣水泥的改进大坝等大体积混凝土工程,最常用的是中热和低热矿渣硅酸盐水泥,虽然,这两种水泥水化热较低,但是还存在由于冷缩和自缩等体积收缩而产生裂缝的问题.利用双膨胀作用可以把这两种水泥改进为微膨胀型,使之具有补偿混凝土收缩的特性,改进后,我们称之为双膨胀中热和低热矿渣硅酸盐水泥.双膨胀中、低热水泥,在中、低热水泥的基础上,提高了熟料中MgO 含量至接近5%,控制适当的煅烧条件,同时根据熟料中C 3A 与C 4AF 含量,适当提高了水泥中SO 3掺量,也即在中、低水泥的・3・ 第28卷增刊 陈胡星等:钙矾石与方镁石双膨胀作用研究 基础上,引入了钙矾石与方镁石双膨胀源,因而,保留了中、低热水泥的全部优点,又兼有比较适宜的膨胀量与膨胀分布,能够对大体积混凝土的收缩起到一定的补偿作用,从而能防止或减轻裂缝的产生,提高工程的整体性、安全性与耐久性.以试样M3.2为例加以说明,该水泥所采用的表3 水泥强度随MgO 和SO 3含量的变化规律T able 3 V ariation of cement strength with variable MgO and SO 3contentSample w(MgO )/%w(SO 2)/%Flexural strength/MPa3d 28d 90d 180d 360d Compressive strength/MPa 3d 28d 90d 180d 360d M2.0 4.8 2.0 5.98.910.310.610.127.763.473.974.779.4M3.2 4.8 3.2 6.19.210.010.210.329.064.473.176.580.8M4.0 4.8 4.0 5.28.310.110.29.924.562.373.574.078.6N3.23.53.26.29.410.210.010.431.364.272.174.980.1中热水泥熟料的MgO 含量为4.8%,水泥中SO 3含量为3.2%,为双膨胀中热水泥.对该水泥进行了系统的混凝土试验,按水工混凝土试验规程有关要求进行,混凝土配合比及试验方法详见文献[4],养护温度为20℃.图4为该双膨胀中热水泥混凝土自生体积变形和在钢筋约束下的预压应力情况,从混凝土自生体积变形看,既有迅速的早期膨胀,又有缓慢的后期膨胀.从钢筋约束下产生预压应力看,其分布状况大体上与膨胀分布一致,但以方镁石膨胀为主的后期膨胀,与以钙矾石膨胀为主的早期膨胀相比,相同膨胀量所产生的膨胀应力要大.表4为双膨胀中热水泥混凝土在无约束以及钢度试模约束下的强度数据,约束条件下混凝土抗压强度比无约束时约提高15%,劈拉强度约提高10%.该混凝土其它性能,如弹性模量、极限拉伸值、抗渗、抗冻、绝热温升、徐变等,与一般的中热水泥混凝土相当[4].对于双膨胀低热水泥也进行了相同的混凝土试验,结果类似.双膨胀中、低热水泥的膨胀性能比只有单一的钙矾石膨胀或单一的方镁石膨胀要好,同时由于其MgO 与SO 3含量都没有超出中、低热水泥国家标准的限值,体现的是良好的微膨胀特性,可以不考虑钙矾石和方镁石引起安定性不良的问题.从试验结果看,钙矾石膨胀发展过快,而方镁石膨胀又显得过于缓慢.钙矾石膨胀过早,则由于此时混凝土弹性模量较低,徐变度过大,膨胀变形产生的补偿应力相对地较小,而且容易被松弛.若方镁石膨胀期过长,则补偿收缩较少且不易控制.推迟钙矾石膨胀和加快方镁石膨胀,将使双膨胀中、低热水泥获得更好的膨胀性能,从而更有效地补偿大坝等大体积混凝土的收缩.图4 双膨胀混凝土自生体积变形和预压应力曲线Fig.4 Curves of auto genous volume deformation and pre 2stress of double-expansive concrete表4 双膨胀混凝土在约束与无约束条件下的强度 T able 4 Strength of the double-expansive concrete (re 2stricted and not restricted)Age/d Tensile strength/MPa Not restricted RestrictedCompressive strength/MPa Not restricted Restricted28 2.0 2.229.033.7902.83.037.843.15 “膨胀最小能原理”的概念钙矾石与方镁石双膨胀作用,除了使水泥石产生外体积膨胀,还可以表现为改变孔结构以及在约束条件下产生预压应力,不同的作用型式之间又有着某种内在的联系.我们用“膨胀最小能原理”的概念对双膨胀作用加以概括和解释.・4・ 硅 酸 盐 学 报 2000年 水泥中石膏和含铝矿物反应形成钙矾石,以及方镁石水化形成水镁石,固相体积增加,这是钙矾石与方镁石膨胀作用的根源.这里把水泥石看成一个封闭的体系,把钙矾石与水镁石看作是外加的能源,膨胀源对体系所作的功可表示为d W=p d V+V d p或W=∫v0p d V+∫p0V d p式中:W表示膨胀源所作的功,p是水泥浆体本身对膨胀的反作用力,其值主要取决于浆体强度和弹性模量,V表示钙矾石与水镁石的体积,p与V均为水化龄期的函数.这样,钙矾石与方镁石的膨胀作用可理解为对体系加以能量.这些膨胀能将对水泥石产生3种作用型式:(1)水泥石内部孔隙的压缩和迁移,即改变水泥石孔结构;(2)补偿收缩和产生外体积膨胀;(3)在约束条件下产生预压应力,即内部储能.在任何一刻,将按需要能量最小的某种型式发生作用,随着水泥石结构的发展和外部条件的演变,不断变换作用形式.在整个过程完成时,所需能量总和应为最小值.这就是“膨胀最小能原理”的概念.钙矾石与方镁石双膨胀作用遵循“膨胀最小能原理”,在不同的水化龄期,其作用形式各有侧重,钙矾石形成主要在水化硬化初期,此时水泥石本身的强度和弹性模量甚低,膨胀能主要表现为填充水泥石孔隙和水泥石外体积膨胀,在约束条件下产生的预压应力相对较小,而后期的方镁石膨胀则由于水泥石强度与弹性模量甚高,在约束条件下产生的预压应力相对较大,膨胀能更多地造成内部能量的贮存.钙矾石膨胀与方镁石膨胀不是机械的叠加,钙矾石形成以后,在很大程度上强化了水泥浆体的刚性框架结构,很多孔隙已被钙矾石填充,从而有利于方镁石的膨胀效应的发挥,有利于与方镁石膨胀的平顺衔接.根据“膨胀最小能原理”的概念,在利用钙矾石与方镁石双膨胀作用时,应该针对实际情况,通过2个膨胀源之间、膨胀源与各熟料矿物之间的合理匹配,以及创造合理的外部条件等措施,使膨胀能的3种形式作用得到合理的发挥,而不顾些失彼.这对以后进一步研究和应用钙矾石与方镁石双膨胀作用具有一定的指导意义.6 结束语钙矾石与方镁石双膨胀作用有以下3种作用形式:(1)水泥石内部孔隙的压缩和迁移,即改变水泥石孔结构;(2)补偿收缩和产生外体积膨胀;(3)在约束条件下产生预压应力,即内部储能.钙矾石膨胀主要发生在早期,方镁石膨胀主要发生在后期,两者适当组合,能产生适宜的膨胀量与膨胀分布,从而可以比较有效地补偿混凝土的收缩,提高耐久性,同时,钙矾石与方镁石双膨胀的另二种形式,即在约束条件下产生预压应力以及使水泥石结构致密化,对改善水泥混凝土性能也具有重要意义.例如,合理利用钙矾石与方镁石双膨胀作用,可以使中热和低热矿渣水泥及其混凝土获得较好的微膨胀性,能比较有效地补偿大坝等大体积混凝土的收缩,同时保证强度等其它性能良好稳定,从而比较适合于大坝等大体积混凝土工程,提高工程的整体性、安全性与耐久性.但是,需要指出的是,目前对钙矾石与方镁石双膨胀作用的研究并不充分,诸如膨胀源之间以及膨胀源与水泥其它组成分的合理匹配、双膨胀作用的3种形式之间的内在联系、细掺料对膨胀的抑制作用规律以及如何延缓钙矾石膨胀和加快方镁石膨胀等问题,都值得进一步研究.随着研究的深入,钙矾石与方镁石双膨胀作用在提高水泥混凝土耐久性方面将更具有积极的意义.参考文献:[1] Zhang Feipeng,Zhou Zhifa,Lou Z onghan.Solubility product andstability of ettringite[A].In:7th International Congress on the Chemistry of Cement,VolⅡ[C].Paris:[s.n.],1980.88—93.[2] 楼宗汉,叶 青,陈胡星,等.熟料中氧化镁的水化及其膨胀性能[J].硅酸盐学报,1998,26(4):430—436.[3] 陈胡星,楼宗汉.SO3和C3A对水泥膨胀性能的影响[J].硅酸盐通报,1996,15(3):14—17.[4] 储传英.三峡工程混凝土原材料研究[M].北京:中国水利水电出版社,1999.146—157.[5] 叶 青,陈胡星,楼宗汉.钙矾石膨胀和方镁石膨胀的相干性[J].建筑材料学报,1999,2(3):230—234.・5・ 第28卷增刊 陈胡星等:钙矾石与方镁石双膨胀作用研究 。
钙矾石晶体结构特性以及在其作用下混凝土损伤演化机理的研究的开题报告
钙矾石晶体结构特性以及在其作用下混凝土损伤演化机理的研究的开题报告一、研究背景混凝土作为一种广泛应用于工程领域的建筑材料，在长期的使用中会面临着各种不同形式的损伤，如龟裂、空鼓、碳化等。
其中，硫酸盐侵蚀是混凝土常见的损伤形式之一，传统的防治方法主要是采用化学方法、物理方法或加强混凝土防护性能等手段。
然而，这些方法的效果并不理想，而且在环境保护、节约能源等方面也有一定的局限性。
钙矾石是一种由铝酸盐与钙盐等物质混合制成的固体碱性化合物，具有较强的硫酸盐吸附及混凝土抗硫酸盐侵蚀能力。
因此，将钙矾石应用于混凝土防护中，可以有效改善混凝土的耐久性和抗硫酸盐侵蚀性能。
因此，钙矾石在混凝土领域中的应用具有远大的应用前景和发展空间。
二、研究内容和目的本研究将围绕钙矾石的晶体结构特性和在其作用下混凝土损伤演化机理这两个方面展开研究。
具体内容包括以下几个方面：1.分析钙矾石的晶体结构特性和物理化学性质，探究其对硫酸盐的吸附能力和混凝土防护性能的影响。
2.通过实验研究，观察钙矾石与混凝土之间的相互作用，探究钙矾石对混凝土抗硫酸盐侵蚀能力的影响。
3.采用微观分析方法研究混凝土在钙矾石作用下的损伤演化机理，探究其与钙矾石的作用机制及其相关因素之间的关系。
通过以上研究，旨在深入了解钙矾石在混凝土领域的应用机制，为混凝土的防护提供一种更加有效的方法。
三、研究方法和技术路线本研究采用实验和数值模拟相结合的方法来研究钙矾石晶体结构特性以及其在混凝土中的作用机制和相关因素。
具体技术路线可分为以下几个步骤：1.制备钙矾石晶体，分析钙矾石的晶体结构特性和物理化学性质。
2.制备混凝土试样，并进行硫酸盐侵蚀实验，探究钙矾石对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响。
3.采用光学显微镜、扫描电子显微镜等技术对混凝土试样进行微观观察和分析，探究混凝土在钙矾石作用下的损伤演化机理。
4.通过有限元数值模拟方法研究钙矾石在混凝土中的分布状态及其对混凝土力学性能的影响。
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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[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。
钙矾石的构造式为[Ca6A l2(OH)12·24H2O]·(SO4)3·2H2O，其离子式为{Ca6A l2(OH)12·24H2O}6+·(SO4)2-3·2H2O。
每个晶胞中，由平行于C轴的{Ca6A l2(OH)12·24H2O}6+构成钙矾石基本结构单元柱，其柱芯是铝氧八面体[Al(OH)6]3-，空间群为P31C，柱状单元可重复的距离为1017。
钙矾石的基本结构就是沿纵轴具有两倍的柱状结构，所以在长1017埃中有6个Ca原子，每个Ca原子外面有4个水分子配位，共有24个水分子，定向排列呈柱状，平行于总轴外侧有四个沟槽，其中3个沟槽各有一个硫SO42－，另一个沟槽中含有两个水分子。
还有一种与钙矾石有关的晶体是单硫型水化硫铝酸钙(C3A·CaSO4·12H2O，简称AFm)，该晶体结构[9]在第五届东京会议上已被确定，它属六方板状相，N0=1154，Ne=11488，双折射01016，20℃时的相对密度为1195，主层结构为[Ca2Al(OH)6]-22，层间由SO42－和6个H2O构成，每个钙原子和水分子连接形成Ca2Al(OH)6·2H2O[224]。
游宝坤和席耀忠等一些学者认为[3]，钙矾石是一个族相，在硬化体水泥浆体中实际存在的钙矾石是一个含有其他离子相如SiO2，Fe2O3等的固溶体。
2钙矾石的形成机理研究混凝土在复杂环境中的钙矾石形成机理，首先要了解和掌握钙矾石的制备。
目前通过实验手段制备纯钙矾石的方法主要有以下3种：第一种是反应溶液法。
彭家惠、楼宗汉在研究钙矾石形成机理时[7]就用此法制备了钙矾石。
以AR级Ca(OH)2，Al2(SO4)3·18H2O为原料，按下列反应方程合成：Al2(SO4)3·18H2O+6Ca(OH)2－3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O第二种是AFm转化法。
先是合成AFm[9]，1步用自蔓延(SHS)法合成CA，第2步合成AFm，称取适量CaO·CaSO4·12H2O和CA湿磨(WPC=0。
14)，置于密封瓶中，在40℃下水化7d，每天定时碾磨，水化后样品经60℃烘干，产物为AFm;然后由AFm转化成AFt，AFm加水和足量石膏转化为AFt，反应方程为：C3A·CaSO4·12H2O+2CaSO4+20H2O－C3A·3CaSO4·32H2O第三种是铝酸钙(CA)转化法[10]。
按1∶1的摩尔比将Al2O3和CaO混匀，并在1200℃烧结反应完全(矿物主要为CA)，研磨后再与适量的CaO和CaSO4·2H2O配合加水反应120h，即得所需的钙矾石样品，反应满足下列方程：CaO·Al2O3+2CaO+3CaSO4·2H2O+30H2O－3C3A·3CaSO4·32H2O混凝土中形成钙矾石的反应要复杂的多，形成钙矾石的反应既包含液相反应，也包含固相反应。
目前工程领域中使用的各种膨胀剂和膨胀水泥，在它们的水化过程中，形成钙矾石的反应主要有下列3种：3C3A+3(CaSO4·2H2O)+26H2O－3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2OC3A+3(CaSO4·2H2O)+2Ca(OH)2+24H2O－3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O3C3A·CaSO4+8CaSO4+6CaO+96H2O－3(3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O)彭家惠、楼宗汉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。
他们认为[7]：上述3种类型的反应，都经历相同的反应过程———水泥加水后，其矿物与石膏快速溶解产生Ca2+、SO42－、OH-等离子，形成钙矾石过饱和溶液，这些离子通过浓差扩散聚集在一起，按照下列3步反应过程形成钙矾石：第一步：AlO2-+2OH-+2H2O－[Al(OH)6]3-第二步：2[Al(OH)6]3-+6Ca2++24H2O{Ca6[Al(OH)6]·24H2O}6+第三步：{Ca6[Al(OH)6]·24H2O}+3SO42－+2H2O{Ca6[Al(OH)6]·24H2O]2·24H2O}(SO4)3·2H2O石云兴、王泽云等认为[4]，钙矾石的形成由水泥石孔隙中液相Ca2+、AlO2-、SO42－和OH-的含量来决定，其平衡常数以下式来表示：Kp=[3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O][Ca2+]6[SO42－]3[OH-]4[AlO2-]2[H2O]29他们认为[4]，AFt的形成由上式中四种离子的浓度积来决定，其中Ca2+是6次方的关系，AFt的组成中，需要的Ca2+的量很大，因此Ca2+浓度是一主要的因素。
王玲[11]也认为，CA是形成钙矾石的先决条件，限制CA的含量就相当于减小了形成钙矾石的可能性。
W。
Prince、M。
Espagne等研究[12]也表明，仅仅提供硫酸根离子的硫酸盐对钙矾石的形成没有促进作用，因为大量钙离子的存在是必要的。
而王智，郑洪伟等认为[5]，钙矾石的形成取决于液相pH值(即OH-浓度)，而不一定取决于Ca2+浓度。
3 钙矾石的特性3。
1关于钙矾石的膨胀性膨胀性是钙矾石最大的特性，正因为如此各国学者孜孜不倦对其进行研究和探讨。
利用水泥中CaO、Al2O3和CaSO4水化形成钙矾石使固相体积增大约120%的膨胀来制造膨胀水泥广泛应用于工程，就是钙矾石膨胀特性的利用。
国内外学者对钙矾石的膨胀机理进行了研究，但由于影响因素复杂以及实验条件等限制，对钙矾石的膨胀机理尚未完全弄清楚。
游宝坤等查阅大量国内外学者对钙矾石膨胀特性的研究论文，总结出3点结论[3]：a)膨胀相是钙矾石，在水泥中有足够浓度的CaO、Al2O3和CaSO4下均可生成钙矾石，形成膨胀，并不一定要AFm通过固相反应转化为钙矾石才能膨胀。
b)在液相CaO饱和时，铝盐不易溶出SO42－、通过固相反应或原地反应形成针状钙矾石，其膨胀力发挥较迅速;在液CaO不饱和时，反应物以离子状态存在，通过液相反应形成柱状钙矾石，其膨胀力发挥较缓慢，但有足够数量钙矾石形成时，也产生体积膨胀，而且膨胀较大。
c)在膨胀原动力方面，Mahta等在1973年提出的吸水肿胀理论;随着研究的深入，又出现2种理论假说：一种是晶体生长压力理论，另一种是胶体均匀膨胀理论。
具体假说如下[13]：1)吸水肿胀理论：AFt可以以胶体或结晶体形式存在。
当孔溶液中存在Ca2+、硫酸根离子、、OH-，AFt更倾向于以微晶态形式存在。
由于周围环境的作用，AFt表面带负电。
由于静电引力的作用，导致AFt吸附水分子而引起混凝土产生膨胀。
一定温度下，AFt较强的吸水性进一步为上述假说提供了证据。
当湿度小于90%时，AFt吸水很小;当湿度为90%时，AFt吸水114%;当湿度为95%时，AFt吸水916%。
2)AFt晶体生长理论：认为混凝土孔溶液中的离子与固体颗粒进行反应生成AFt时，固相体积增大。
随着AFt的各向异性生长，结晶压开始产生，膨胀出现。
AFt倾向于在受限较小的方向生长。
在界面区预先形成的微裂纹上AFt晶体的生长，进一步扩大了裂纹，从而引起明显的膨胀。
这种假说将钙矾石膨胀归结为原地化学反应和晶体的各向异性生长所产生的结晶压。
3)浆体均匀膨胀理论：当水泥浆体出现膨胀时，由于集料与浆体界面区之间的结合在整个水泥原料体系中相对薄弱，因而，导致集料周围优先出现裂缝。
随后，新结晶的AFt迅速填满这些裂缝，形成AFt带，从而引起浆体的均匀膨胀，并最终导致整个混凝土体系的膨胀开裂。
根据这种理论，AFt带的形成并不直接贡献于明显的膨胀。
游宝坤3对几种膨胀水泥和UEA水泥进行X射线和电镜分析，认为在水泥孔隙存在钙矾石结晶体，其结晶生长力能产生体积膨胀，更多的是在水泥凝胶区中生成难以分辨的凝胶状钙矾石，游宝坤同意Mehta和刘崇熙的意见，由于钙矾石表面带负电荷，它们吸水肿胀是引起水泥石膨胀的主要根源，但他还认为结晶状钙矾石对孔隙产生的结晶压对水泥石的体积膨胀也产生作用，而前一种膨胀驱动比后一种大得多。
游宝坤这一观点把结晶膨胀假设和吸水肿胀理论统一起来。
莫样银等认为[13]：受限空间上的原地化学反应是膨胀产生的根本原因，只要以上两个条件同时满足，AFt结晶生长必然会引起意外的膨胀。