混凝土中鈣礬石的研究進展綜述_

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1、混凝土中鈣磯石的研究進展綜述[摘要]木文主要從混凝土屮鈣磯石的結構、在混凝土屮的形成機理、性質以及其在混凝土中生長規(guī)律五個方面簡要綜述了國內外鈣磯石研究的進展，為以后進一步研究鈣磯石作必要的準備。[關鍵詞]鈣磯石；形成機理；生長規(guī)律在沿海地區(qū)和內陸鹽湖地區(qū)，混凝土結構物易受SO?-.NaMg2C「等侵蝕，與其水化物進行固相或液相化學反應生成具有體積膨脹性質的鈣磯石、石膏和硅灰石膏等大分了結品體。通常認為鈣磯石的發(fā)育膨脹使混凝土材料開裂，而氯離子(CF)使鋼筋銹蝕，從而導致結構耐久性的喪失。在硫酸鹽侵蝕下混凝土結構耐久性研究中，對人分子結晶體鈣磯石的研究至關

2、重要。自從1872年W?米契阿里斯首次提出了“水泥桿菌"概念并制得鈣磯石(3CaOAl2O3-3CaSO4-30H2O)[1]以來的一個多世紀里，各國學者對鈣磯石的研究從未停止。對鈣磯石的研究主要是研究其物相結構、形成機理、特性以及具在混凝土中的生長規(guī)律等等，一個多世紀以來雖然對鈣磯石的研究取得了一定的進展，但其中有些結論或者成杲并不是完全一致的，冇的其至是互相孑盾的。本文就此對國內外混凝土屮鈣磯石的研究進展進行簡要的綜述，為進一步研究鈣磯石晶體作必要的準備。鈣磯石是我國對此晶體的稱呼，國際通用名稱是Ettringiteo1鈣磯石的物相結構一般我們所指混凝土中

3、的鈣磯石是指水泥水化產(chǎn)物C—A—H(水化鋁酸鈣)和硫酸根離子結合產(chǎn)生的結晶物水化硫鋁酸鈣(簡稱AFt),AFt與天然礦物鈣磯石的化學組成及晶體結構基本相同。鈣磯石的分子式是3CaOAl2O3-3CaSO4-32H20,其結晶水的數(shù)量與具所處環(huán)境濕度有關。Taylor和Moore等人從微觀層次對鈣磯石的分了結構進行了研究，他們認為⑵，鈣磯石的基本結構單元為{Ca3[Al(OH)6]12H2O}3+,屬三方品系，呈柱狀結構，其折射率為N0=11464,Ne=11458,25°C時的相對密度為117。鈣磯石的構造式為[Ca6Ai2(OH)12-24H2O](SO4)

4、3-2H20,其離子式為{Ca6Ai2(OH)12-24H2O}6+(SO4)2-3-2H2Oo每個晶胞屮，由平行于C軸的{Ca6A12(OH)12-24H2O}6+構成鈣磯石基本結構單元柱，其柱芯是鋁氧八面體[A1(OH)6]3-,空間群為P31C,柱狀單元可重復的距離為1017。鈣磯石的基木結構就是沿縱軸具有兩倍的柱狀結構，所以在長1017埃中有6個Ca原子，每個Ca原子外面有4個水分子配位，共有24個水分子，定向排列呈柱狀，平行于總軸外側有四個溝槽，其屮3個溝槽各有一個硫SO?',另一個溝槽小含有兩個水分子。還有一種與鈣磯石有關的晶休是單硫型水化硫鋁酸鈣

5、(C3ACaSO412H2O,簡稱AFm),該晶體結構⑼在第五屆東京會議上已被確定,它屬六方板狀相,N0=1154,Ne=11488,雙折射01016,20C時的相對密度為1195,主層結構為[Ca2Al(OH)6]-22,層間由SO42-和6個出0構成，每個鈣原子和水分子連接形成Ca2Al(0H)6-2H20[224]o游寶坤和席耀忠等一些學者認為⑶，鈣磯石是一個族相，在硬化體水泥漿體屮實際存在的鈣磯石是一個含有其他離子相如SiO2,FezOs等的固溶體。2鈣磯石的形成機理研究混凝土在復雜環(huán)境屮的鈣磯石形成機理，首先要了解和學握鈣磯石的制備。目前通過實驗手段

6、制備純鈣磯石的方法主要有以下3利―第一種是反應溶液法。彭家惠、樓宗漢在研究鈣磯石形成機理時⑺就用此法制備了鈣磯石。以AR級Ca(OH)2,A12(SO4)3-18H2O為原料，按下列反應方程合成：Al2(SO4)318H2O+6Ca(OH)2-3CaOA12O3-3CaSO4-32H2O第二種是AFm轉化法。先是合成AFm[9],1步用自蔓延(SHS)法合成CA,第2步合成AFm,稱取適量CaOCaSO412H2O和CA濕磨(WPOO。14),置于密封瓶屮，在40°C下水化7d,每天定時碾磨，水化后樣品經(jīng)60°C烘干，產(chǎn)物為AFm燃后由AFm轉化成AFt,AF

7、m加水和足量石膏轉化為AFt,反應方程為：C3ACaSO412H2O+2CaSO4+20H2O-C3A-3CaSO4-32H2O第三種是鋁酸鈣(CA)轉化法〔1°】。按1：1的摩爾比將A12O3和CaO混勻,并在1200°C燒結反應完全(礦物主耍為CA),研磨后再與適量的CaO和CaSO4-2H2O配合加水反應120h,即得所需的鈣磯石樣品，反應滿足下列方程：CaOAl2O3+2CaO+3CaSO4-2H2O+30H2O-3C3A-3CaSO4-32H2O混凝土中形成鈣磯石的反應要復雜的多，形成鈣磯石的反應既包含液相反應，也包含同相反應。目前工程領域中使用的各

8、種膨脹劑和膨脹水泥，在它們的水化過程屮