钙矾石的物理化学性能与混凝土的耐久性
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
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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。
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。
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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。
空间群为C31c。
其折射率N0＝1。
464，Ne＝1.458。
25℃时比重为1.73。
在X 射线衍射图上具有9.73、5.61、3.88埃特征峰，在差热分析中160℃附近出现很大的吸热谷，在300℃处有一小的吸热谷［2］。
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，另一种是柱状结构模型。
Moore和Taylor认为［3］，六方柱状钙矾石晶体结构为｛C6[Al(OH)6]2·24H2O｝·(SO4)3·2H2O。
每个晶胞中，由平行于C轴的｛C6[Al(OH)6]2·24H2O｝+6构成多面体，在多面柱的沟槽之间有三个［SO4］2-和二个H2O分子。
整个铝柱［Al(OH)6］3-是带负电荷的，而各个形均为六方柱状相，因而称之为钙矾石相更为确切，其代号应为AFt。
与钙矾石有关的是一硫酸型水化硫铝酸钙(C3A·3CASO4·12H2O)，Lerch[2]研究证明，它属于六方板状相，No=1.54，Ne=1.488,双折射0.016，比重在20℃时为1.95，X射线特征峰为8.92、2.87、4.46埃。
它也是一个混有其他离子的固溶体，其代号为AFm。
三、水化硫铝酸钙的生成条件薛君玕［8］介绍了国外有关CaO-Al2O3-CaSO4-H2O相平衡的工作，琼斯研究表明，在20～25℃时，CaO-Al2O3-CaSO4-H2O四元系统中唯一稳定四元复盐是钙矾石，它具有广泛的析晶范围。
当液相中石膏饱和时，其平衡的CaO浓度可低至17.7mg/L；而当液相中石灰饱时，其平衡CaSO4浓度可低至14.6mg/L。
因此，钙矾石可以在大多数含CaO、Al2O3和CaSO4的水泥浆体中存在。
本文提及的UEA膨胀剂就是由活性AL2O3和CaSO4组成的外加剂，它与水泥中C3S、C2S水化析出的Ca(OH)2反应生成钙矾石而产生体积膨胀。
游宝坤［7］研究指出，由于水泥－UEA系统中CaO和Al2O3浓度是饱和的，钙矾石生成数量决定于SO3浓度。
经过理论计算和生产实践：硅酸盐水泥的胀缩临界值的SO3为4.78％，钙矾石生成数量大于25％，铝酸盐水泥则为9.56％，钙矾石生成数量大于50％。
单硫酸盐型硫铝酸钙（C3A·CaSO4·12H2O,AFm）以亚稳平衡水化物出现，其析晶浓度范围是：CaO浓度在335～1179mg/L，CaSO4浓度在4～8mg/L之间，因此，AFm是在液相中石灰浓度较高而石膏浓度很低的时候出现的四元复盐。
所以，在普通硅酸盐水泥、硅酸盐膨胀－自应力水泥中，在石膏较多时，往往先形成钙矾石相；而当石膏接近消耗完毕时，往往会看到AFm的出现。
在80年代初，对高温蒸养的预制混凝土制品的过早开裂破坏现象研究表明，水泥水化早期由于C3A和SO3反应生成AFt，在高温70℃以上条件下AFt转化为AFm，在常温使用条件下，AFm重新生成AFt，这种延迟AFt具有体积膨胀性,当其膨胀应力超过水泥石的应力极限，将使其开裂。
在铁路轨忱，公路面板等曾发生此破坏现象［1，2］。
这是为什么呢？物化研究表明，一般硅酸盐水泥中加入缓凝剂二水石膏3～5％，相当SO3＝2～3％，在高温蒸养下，C3A与SO3很快形成钙矾石，此时，水泥液中CaSO4基本消耗完，在此水化条件下，钙矾石将转化为AFm。
而掺入UEA膨胀剂的水泥中，我们分析其SO3＝5～6％，在80℃热水养护下，钙矾石生成消耗CaSO4只占50％左右，水泥液相中CaSO4浓度相当高，缺乏转化为AＦm的物化条件。
因此，在讨论AFt转化AFm的问题时,应以CaO-Al2O3-CaSO4-H2O四元相图为理论依据，普通水泥与膨胀水泥（如掺入UEA膨胀剂）的Al2O3和SO3成分有很大差别，钙矾石形成速度和数量也不同，当水泥中CaSO4浓度在4～8mg/L极低情况下，钙矾石才可能转化AFm。
四、关于钙矾石的热稳定性1．干热条件的稳定性Bogue[1]研究表明，在长期干热条件下，钙矾石在40～50℃下仅存12个水分子，КРылоВ曾用高温X射线法研究了钙矾石在干热条件下的变化。
他指出［4］，在50℃时出现无水石膏，这证明了钙矾石已分解。
但是mehta指出，合成的钙矾石经65℃干燥处理，其X射线衍射图未变化。
刘崇熙［6］通过对钙矾石脱水研究，认为无水的钙矾石仍保持有介稳准有序结构，再置于≥85％R.H下能重新再水合恢复成钙矾石的原始秩序。
由此可见，含大量钙矾石的水泥混凝土不适宜应用于长期干热的环境中。
2．湿热条件的稳定性在湿热条件下，不同的研究者往往给出不同的结论［8］，俄国的布德尼可夫研究认为在40℃以上的潮湿环境中钙矾石开始分解出石膏。
阿斯脱来娃用岩相分析，认为石膏过剩时，钙矾石在90℃以下是稳定的。
美国的mehta 报导钙矾石在湿热条件下，在93℃加热1h，钙矾石仍然是稳定的。
Kalousek等用差热分析研究，认为钙矾石在100℃以下不分解，而在100～105℃时就分解AFm和石膏。
米哈依洛夫（muxaüлoB）认为硅酸盐膨胀水泥浆体在90～100℃水热处理下，主要形成AFm，而在常温水养时，AFm转化为钙矾石，因而产生膨胀。
我院水泥物化室［8］曾将我国的硅酸盐自应力水泥浆体，分别在95、105、110、120℃蒸养1.5h，X射线结果表明钙矾石相仍稳定存在，其结果见图2。
我们在水泥中掺入25％U-SEA膨胀剂作自应力混凝土，经80℃1.5h蒸养，X 射线结果也证明只生成钙矾石，没有发现AFm存在。
这些硫酸盐被释放出来，并形成钙矾石晶体。
因此，要了解滞后钙矾石生成机理，必须深入研究水泥水化机理和钙矾石的稳定区域。
本文已介绍了AFt和AFm的成生条件，AFt转化为AFm的CaSO4浓度和温度界限。
在掺入UEA的大体积补偿收缩混凝土中，几乎不存在AFm的形成条件，即使存在少量，由于CaSO4绝大部分被结合到钙矾石中，外部水也难以渗入混凝土中去，难以按下反应式生成延迟钙矾石。
C3A·CaSO4·12H2O+2CaSO4+20H2O→C3A·3CaSO4·32H2OAFm AFt国内外研究比较一致的共识，钙矾石分解的温度界线为80℃；AFm生成条件是在CaSO4几乎消耗完的条件下生成；AFm再生成延迟钙矾石的条件是有CaSO4和H2O的供应。
在大体积补偿收缩混凝土中不存在长期处于80℃温度下和CaSO4迁移释放的水化环境，因此，我们认为不存在延迟钙矾石生成的可能性。
但对于普通混凝土，水化初期水泥中CaSO4基本消耗完，会生成AFm，存在延迟钙矾石的破坏可能性。
五、冻融循环下的稳定性布德尼可夫和加尔斯可夫［10］研究了钙矾石在20℃～-17℃冻融循环下的稳定性，认为在这种条件下，无化学性分解。
但出现了物理破坏。
在无液相条件下，钙矾石经18次冻融循环后，晶体开始沿长轴破坏，而存在液相时，经5次冻融循环即开始破坏。
Mehta报导波立夫的工作，经10次冻融循环，钙矾石的X射线图并无变化。
我们曾实地考察了北京地区露天使用达13年的石膏矾土膨胀水泥混凝土以及11年的铝酸盐自应力水泥混凝土轨枕中的钙矾石，这些混凝土制品经受十余年冻融循环的考验，证明钙矾石相仍稳定地存在，且混凝土标号与28d相比并无下降，图3是这两个混凝土制品中水泥浆体的X-射线图，图中9.8埃峰说明十余年的冻融，钙矾石仍仍稳定存在［8］。
六、钙矾石的化学稳定性Jones[6]曾研究了25℃时K2O和Na2O对CaO-Al2O3-CaSO4-H2O四元系统的影响，认为当K2O和Na2O在1％以下时，只是对氧化铝的溶解度大大增加，使氢氧化钙的溶解度大大降低，而平衡相图与四元相以。
但凯洛赛克的工作认为，NaOH超过一定浓度时，低硫铝酸钙成为稳定相，而不再是亚稳相。
前苏联研制成功不透水膨胀水泥，硅酸盐膨胀水泥和石膏矾土膨胀水泥，60年代美国Klein研制成功以无水硫铝酸钙（ C4A3S）的K型膨胀水泥，日本研制成功CSA膨胀剂。
我国研制膨胀－自应力水泥始于50年代中期，60－70年代研制成功明矾石膨胀水泥、硫铝酸钙水泥系列、低热微膨胀水泥，80年代后期研制成功UEA和AEA 混凝土膨胀剂［11］。
这些水泥都是以钙矾石作为膨胀源。
CEA属于石灰－钙矾石系膨胀剂。
国内外学者对钙矾石的膨胀机理发表大量研究论文［8］，比较一致的意见是：1．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，并不一定要－硫酸盐硫铝酸钙通过固相反应转变为钙矾石才能膨胀。