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文 献 综 述
1. 引言
随着当代社会的城市化及其发展，水泥和混凝土的用量也越来越大，这就需要水泥和混凝土有更好的性能。但目前普遍使用的硅酸盐水泥有以下一些缺点：早期强度偏低;烧成温度高;水泥熟料中阿利特(C3S)含量高,消耗大量的石灰石;生产过程中产生CO2等废气,严重影响环境;水泥在水化后期,水泥浆体体积收缩造成收缩裂纹, 影响体积的稳定性与耐久性[1]。所以，在工业化中，提高硅酸盐水泥的性能具有十分重要的意义，而影响水泥性能的最重要的因素就是水泥的水化。
硫铝酸钙这种矿物被发现后[2]，开始被广泛应用于生产中。硫铝酸钙是硫铝酸钙水泥(CSA)中最重要的相，这是非常有前途而且环保型的材料[7-8]。它的含量在熟料矿物占60 %以上, 它的水化直接决定了硫铝酸盐早强水泥水化硬化后的性能与结构。该矿物具有快硬早强的特点，它是硫铝酸盐水泥中最主要的相，同时也能够节能并且可以降低CO2的排放。与普通硅酸盐水泥相比，硫铝酸盐水泥有较低的水化热和低膨胀性，所以通过合成硫铝酸盐高性能水泥并且通过研究水泥的水化过程、水化产物和它的水化机理, 来提高水泥的性能 [3]。
2. 硫铝酸盐水泥的矿物组成
硫铝酸盐水泥是通过矾土、石灰石和石膏按照一定配比，经过低温(1300℃~1350℃)煅烧而生产出以硅酸二钙(C2S)、硫铝酸钙(C4A3S)为主要矿物相的熟料，然后在熟料中加入适量的混合材(石膏、石灰石)等后，共同粉磨而制成的具有凝结时间短、早期强度高、碱度低的等一系列高性能的水硬性胶凝材料[4]。阿利特硫铝酸盐水泥熟料是在传统硅酸盐水泥熟料体系中引入非硅酸盐矿物制备的高胶凝性熟料，它具有较高的强度和较好的与混合材的复合性，C4A3S和C3S是该体系中二种主要凝胶相。通常C4A3S在1350℃开始分解，C3S在1400℃左右形成，通过掺矿化剂等措施能使C4A3S和C3S共存于同一体系中，但共存温度范围窄，因此，体系中C4A3S和C3S两相共存温度的扩宽以及相匹配优化是含C4A3S矿物硅酸盐水泥熟料制备最关键的科学问题。
2.1 C4A3S单矿
无水硫铝酸钙矿物(化学式3CaO3Al2O3CaSO4,C4A3S）是一种快硬性非硅酸盐类水泥矿物，具有水化快、早期强度高、体积微膨胀、耐腐蚀等优良特性。在传统硅酸盐水泥熟料中引入无水硫铝酸钙矿物C4A3S而形成的阿利特－硫铝酸盐水泥熟料体系是近年来国内外 发展起来的一种新型水泥，由于其主导矿物相仍为C3S，因此它仍然还是属于硅酸盐水泥范畴。C4A3S(3CaO3Al2O3CaSO4)的晶体结构是以节点相连的铝氧四面体构成的多孔骨架， 空间群P4C2，体心立方结构，晶胞参数a=1.839nm，每个晶胞中含有2个分子，Al3 占据多面体的顶角位置,每条边的中点由O2-占据。Ca2 位于六边形表面的中心,，[ SO3]2-位于每个晶胞的中心。C4A3S的晶体结构如图(1)所示[5]。每4个[AlO4]以节点相连围成1个四方环，构成平行[001] 晶轴方向的4个四方形孔道，又以8个[AlO4]的节点相连构成8个六方形孔道。理论计算表明，C4A3S 晶胞体积为6.22nm3,晶胞中所有原子的总体积小于0.4nm3，这种特殊的晶体结构为多种掺杂离子的固溶提供了充足的空间[6]。
图1：C4A3S晶体结构示意图
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