مقدار C3A موجود در اکثر سیمانها نسبتا کم است، اما رفتار و ارتباط ساختاری آن با سایر فازهای موجود در سیمان، آن را در خور توجه می سازد. هیدرات سه کلسیم آلومینات ماده تیره رنگ منشوری شکلی در بین منافذ تشکیل می دهد (احتمالا با مواد دیگر در حالت محلول جامد است)، و اغلب به شکل صفحات مسطح جداگانه ای که هر یک با هیدرات های سیلیکات کلسیم احاطه شده اند، می باشد.
واکنش C3A خالص با آب بسیار شدید است و به سفت شدن فوری خمیر که به گیرش آنی معروف است، منتهی می گردد. برای جلوگیری از این امر سنگ گچ (CaSO4, 2H2O) به کلینکر سیمان افزوده می شود. سنگ گچ با C3A واکنش حاصل نموده و سولفو آلومینات کلسیم نامحلول (3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O) تشکیل میدهد ولیکن نهایتا هیدرات سه کلسیم آلومینات به وجود می آید، گرچه احتمال دارد قبلا 3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O ناپایدار به جای سولفو آلومینات کلسیم اولیه با سولفات زیاد تشکیل گردد6-1. هرچه هم بیشتری وارد محلول می گردد ترکیبات تغییر می کنند و مقدار سولفات ها به طور مداوم کاهش می یابد. روند واکنش آلومینات سریع است و اگر این تنظیم مجدد در ترکیبات، با سرعت کافی اتفاق نیفتد احتمال دارد هیدراتاسیون مستقيم C3A رخ دهد. به ویژه اولین نقطه اوج (قله) در روند ایجاد حرارت هیدراتاسیون که معمولا در ظرف پنج دقیقه پس از افزودن آب به سیمان دیده می شود، به این معنی است که در این فاصله زمانی قدری از آلومینات کلسیم مستقیم هیدراته شده است و شرایط برای کندگیر نمودن توسط سنگ گچ هنوز فراهم نگردیده است.
می توان به جای سنگ گچ از سایر انواع سولفاتها نیز در تولید سیمان استفاده نمود: سولفات کلسیم با نیم مولکول آب تبلور (H2O و CaSO4) یا انیدرید .(CaSO4)
شواهدی وجود دارند مبنی بر اینکه هیدراتاسیون C3A به وسیله Ca(OH)2 آزاد شده توسط هیدرولیز C3S کند می شود62-1. این امر به دلیل آن است که Ca(OH)2 با C3A و آب واکنش نشان داده و تشکیل C4AH19 می دهد، که قشر محافظی بر روی سطح ذرات هیدراته نشده هم می سازد. همچنین امکان دارد که به Ca(OH)2 غلظت یونهای آلومینات در محلول را کاهش دهد و در نتیجه روند هیدراتاسیون C3A کند شود62-1.
شکل پایدار هیدرات آلومینات کلسیم که نهایتا در خمیر هیدراته شده سیمان وجود دارد، احتمالا به صورت بلورهای مکعبی C3AH6 خواهد بود، ولی امکان دارد که C4AH12 شش وجهی در ابتدا متبلور شود و متعاقبا به صورت مکعبی تغییر شکل یابد. بنابراین شکل نهایی واکنش را می توان به صورت زیر نوشت:
C3A + 6H→C3AH6
این رابطه نیز تقریبی بوده و به صورت موازنه شده نمی باشد.
وزنهای مولکولی نشان می دهند که ۱۰۰ قسمت از C3A با ۴۰ قسمت از جرم آب واکنش می دهد، که نسبت خیلی بیشتری از آب مورد نیاز سیلیکات ها می باشد.
وجود C3A در سیمان نامطلوب است؛ زیرا به جز در عمرهای اولیه، سهم کمی (یا هیچ) در ایجاد مقاومت سیمان، دارد و وقتی که خمیر سخت شده سیمان به وسیله سولفاتها مورد حمله قرار می گیرد، ممکن است انبساط ناشی از تشکیل سولفو آلومینات کلسیم از C3A ، منجر به از هم پاشیدن خمیر سخت شده گردد. وليكن هم به عنوان یک گداز آور عمل می نماید و لذا دمای لازم برای پخت کلینکر را کاهش میدهد و ترکیب شدن آهک و سیلیس را تسهیل می بخشد و بنابراین در مجموع، وجود C3A در تولید سیمان مفید است. C4AF نیز به صورت یک گداز آور عمل می کند. می توان یادآوری نمود که اگر در جریان پخت، قدری مایع تشکیل نگردد، واکنش های داخل کوره خیلی کندتر پیشرفت خواهند نمود و احتمالا ناقص می مانند. از طرف دیگر مقدار بیشتری از C3A موجب افزایش انرژی لازم برای آسیاب نمودن کلینکر می گردد.
یکی از اثرات مثبت C3A ، ظرفیت به هم متصل نمودن کلریدها می باشد.
سنگ گچ نه تنها با C3A واکنش حاصل می کند بلکه با C4AF سولفوفریت کلسیم و همچنین سولفو آلومینات کلسیم تشکیل می دهد، و ممکن است وجود آن هیدراتاسیون سیلیکات ها را تسریع نماید.
مقدار سنگ گچ اضافه شده به کلینکر سیمان را باید خیلی به دقت کنترل نمود، به ویژه مقدار زیاد آن منجر به یک انبساط و متعاقبا از هم پاشیدن خمیر سیمان سخت شده می گردد. مقدار بهینه سنگ گچ از مشاهدات حرارت هیدراتاسیون ایجاد شده در سیمان تعیین می گردد. همانطور که قبلا توضیح داده شد، اولین نقطه اوج در روند ایجاد حرارت هیدراتاسیون با نقطه اوج دومی که در ۴ تا ۱۰ ساعت پس از افزودن آب به سیمان اتفاق می افتد، دنبال می شود. با مقدار صحیح سنگ گچ و با ترکیب کامل آن، باید مقدار کمی از C3A برای ایجاد واکنش باقی بماند و لذا هیچگونه نقطه اوج دیگری در حرارت آزاد شده نباید دیده شود. بنابراین مقدار بهینه ای از سنگ گچ به روند مطلوبی از واکنش اولیه منجر می گردد و از تراکم موضعی زیاد محصولات هیدراتاسیون جلوگیری می نماید. در نتیجه اندازه منافذ در خمیر هیدراته شده سیمان کاهش یافته و مقاومت افزایش می یابد78-1.
مقدار سنگ گچ لازم با میزان C3A و همچنین با میزان قلیایی های موجود در سیمان افزایش می یابد. افزایش نرمی ذرات سیمان اثر فزاینده ای بر میزان ممC موجود در عمرهای اولیه داشته، که خود نیاز به سنگ گچ را افزایش می دهد. آزمایشی برای تعیین مقدار بهینه SO3 در سیمان پرتلند، در آیین نامه ASTM C 543-84 توصیه شده است. بهینه سازی بر اساس مقاومت یک روزه، که معمولا کمترین جمع شدگی را نیز ایجاد می کند، قرار داده شده است.
مقدار سنگ گچ افزوده شده به کلینکر سیمان بر حسب جرم SO3 موجود بیان می شود. این پارامتر توسط استاندارد اروپایی ENV 197-1:1992 به حداکثر 3/5 درصد محدود شده است، اما در بعضی موارد درصدهای بیشتری را مجاز می دانند. SO3 مربوط به واکنش های شیمیایی، همان سولفات قابل حل ناشی از سنگ گچ بوده و ربطی به SO3 ناشی از سوخت های با گوگرد زیاد که به کلینکر می چسبد، ندارد. به این دلیل است که امروزه حد مجاز كل SO3 بیش از مقادیر توصیه شده در گذشته است. مقادیر حداکثر SO3 که در آیین نامه ASTM C 150-94 تعیین شده اند، به مقدار C3A ربط داده شده است و در سیمان زودسخت شونده بیشتر است.
