硫鋁酸鈣類膨脹劑
硫鋁酸鹽系膨脹劑是工程中最常見的膨脹劑。硫鋁酸鹽系膨脹劑包括很多品種，但其產生膨脹能的原因都是由于硫鋁酸鈣水化物(鈣礬石)的生成，其反應通式為：
6CaO+3Al2O3+3SO3+96H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O
對于鈣礬石的膨脹機理存在一定爭議，但國內外學者對于鈣礬石的膨脹機理比較一致的意見可以概括為：
1) 膨脹相是鈣礬石，在水泥中有足夠濃度的CaO、Al2O3和CaSO4條件下均可生成鈣礬石，并非一定要通過固相反應生成的鈣礬石才能膨脹，通過液相反應也可以產生鈣礬石膨脹。
2) 在液相CaO飽和時，通過固相反應或原地反應形成針狀鈣礬石，其膨脹能較大；在液相CaO不飽和時，通過液相反應生成柱狀鈣礬石，其膨脹力較小，但有足夠數量鈣礬石時，也產生體積膨脹。
3) 在膨脹原動力方面，一種觀點是晶體生長壓力；另一種觀點是吸水膨脹。
此外，研究還表明，鈣礬石的形成速率和生成數量決定著混凝土的膨脹效能。若鈣礬石形成速度太快，其大部分膨脹能消耗在混凝土塑性階段，相當于做了無用功。
鈣礬石型貌有多種，但最常見的是長度為幾個微米的結晶體(針狀或柱狀)，它在水泥硬化過程中，于CSH膠粒間結晶生長，使水泥石宏觀體積不斷膨脹。在有鋼筋等約束的情況下，鈣礬石晶體引起的膨脹可以使混凝土內部產生0.2MPa以上的自應力，這就能對混凝土起到補償收縮、防止開裂的作用。由于所生成的鈣礬石首先填充于水泥石的毛細孔或氣孔中，并能與纖維狀的CSH凝膠交織成網絡狀，使水泥石結構更為致密，所以混凝土的強度和抗?jié)B性均有較大幅度的提高。
屬于硫鋁酸鹽系膨脹劑的主要有CSA膨脹劑和明礬石膨脹劑。
CSA膨脹劑來源于K型水泥的膨脹組分（CaO-SO3- Al2O3），故名CSA。CSA膨脹劑是由石灰、石膏和礬土經配料煅燒而成的，其主要成分是無水硫鋁酸鈣（C4A3S）。CSA膨脹劑的摻量可以根據現(xiàn)場需要進行調整，便于控制質量。一般情況下，收縮補償混凝土中摻加CSA膨脹劑(25~30)kg/m3，自應力混凝土中摻加40~60kg/m3。
明礬石膨脹劑是由天然明礬石和無水石膏磨細而成。明礬石和石膏與水泥中硅酸鈣水化過程中析出的Ca(OH)2相互作用，形成大量的水化硫鋁酸鈣，使混凝土體積膨脹，明礬石形成鈣礬石的速度較慢，都在(7~28)d形成，晶體生長壓力小，膨脹量也小，與其它膨脹劑相比，達到相同膨脹率時，摻量要大。
與明礬石相比，若采用高鋁水泥替代部分明礬石與石膏配合，則在相同摻量情況下，膨脹能較大，而且膨脹產生的齡期可以提前，這樣不僅有助于降低膨脹劑的摻量，而且可以降低膨脹劑中的堿含量。圖8-2是以明礬石為主提供鋁相配制的膨脹劑(E1)和以明礬石、高鋁水泥共同提供鋁相配制的膨脹劑(E2)，當摻量同為12%時的砂漿膨脹率(水中)對比結果。
圖8-2 兩種膨脹劑的膨脹率隨濕養(yǎng)護時間變化的比較
(按《混凝土膨脹劑》(JC476-2001)試驗，摻量12%，砂漿試件，水養(yǎng))
