水泥的水化与凝结硬化.docx

水泥的水化与凝结硬化水泥的水化过程当水泥颗粒与水接触后，熟料矿物与水的作用称为水化反应。TaylOr(泰勒)在水泥化学中将水化定义为：在水泥化学中“水化”一词是笼统地指水泥或水泥熟料矿物在和水混合后所发生的全部变化，而期间发生的化学反应要比单一的无水化合物转变为水化产物复杂得多。硅酸三钙和硅酸二钙水化生成的水化硅酸钙不溶于水，以胶体微粒析出，并逐渐凝聚成凝胶体(称为C-S-H凝胶)，构成强度很高的空间网状结构；生成的氢氧化钙在溶液中很快达到饱和，呈六方晶体析出，以后的水化是在氢氧化钙的饱和溶液中进行的。硅酸三钙与水作用，反应较快，水化放热量较大；而硅酸二钙则反应较慢，水化放热量较小，产物中氢氧化钙量也较少。铝酸三钙和铁铝酸四钙水化生成的水化铝酸钙为立方晶体，在氢氧化钙饱和溶液中还能与氢氧化钙进一步反应，生成六方晶体的水化铝酸四钙。在有石膏存在时，水化铝酸钙与石膏反应，生成针状的三硫型水化硫铝酸钙晶体(3CaOAI2O33CaSO432H2O),简称钙矶石(ettringite),常用AFt表示。当石膏消耗完后，部分钙矶石将转变为片状的单硫型水化硫铝酸钙晶体(3CaOAI2O3CaSO412H2O),常用AFm表示。铝酸三钙与水的反应速率极快，水化放热量最大；而铁铝酸四钙与水作用时，反应也较快，水化放热量相对较小，生成的水化铁酸一钙溶解度很小，呈胶体微粒析出，最后形成凝胶。硅酸盐水泥是一种多矿物、多组分的物质，它的水化不同于单矿物水化，它的特点是不同矿物之间会对水化过程产生影响，例如，有少量硅酸三钙存在的情况下，硅酸二钙的水化速度比只有硅酸二钙单矿物的水化速度快些。硅酸盐水泥与水拌合后，就立即发生化学反应。硅酸盐水泥加水后，铝酸三钙立即发生反应，硅酸三钙和铁铝酸四钙也很快水化，而硅酸二钙则水化较慢。如果忽略一些次要的和少量的成分，则硅酸盐水泥与水作用后，生成的主要水化产物有水化硅酸钙和水化铁酸一钙凝胶，氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙晶体。在充分水化的水泥石中，C-S-H凝胶约占70%,Ca(OH)2约占20%,钙矶石和单硫型水化硫铝酸钙约占7%。水泥凝结硬化过程水泥加水拌合后，首先是水泥颗粒表面的矿物溶解于水并与水发生水化反应，最初形成具有可塑性的浆体，随着水化反应的进行，水泥浆体逐渐变稠失去可塑性，这一过程称为水泥的凝结；随着水化反应的进一步进行，凝结的水泥浆体开始产生强度，并逐渐发展成为坚硬的水泥石，这一过程称为硬化。水泥浆的凝结、硬化是水泥水化的外在反映，它是一个连续的、复杂的物理化学变化过程，其结果决定了硬化水泥石的结构和性能。硅酸三钙（C3S）在水泥熟料中的含量一般占50%左右，有时高达60%以上，故硬化水泥浆体的性能在很大程度上取决于C3S的水化作用、产物以及所形成的相应结构。硅酸盐水泥的凝结硬化过程，一般按水化反应速率和物理化学的主要变化可分为四个阶段。初始反应期。水泥加水拌合后，未水化的水泥颗粒分散在水中，成为水泥浆体。水泥颗粒的水化从其表面开始。水和水泥接触，水泥颗粒表面的熟料矿物与水反应，形成相应的水化产物并溶于水中。潜伏期。水化作用继续下去，使水泥颗粒周围的溶液很快达到水化产物的饱和或过饱和状态。由于各种水化产物的溶解度都很小，继续水化的产物以细分散状态的胶体颗粒析出，附在水泥颗粒表面，形成凝胶膜包裹层。在水化初期，水化产物不多，包有水化产物膜层的水泥颗粒之间仍彼此分离着，水泥浆具有可塑性。水泥颗粒不断水化，水化产物膜层逐渐增厚，减缓了外部水分的渗入和水化产物向外扩散的速度，使水化反应在一段时间变得缓慢。凝结期。随着水化反应的不断深入，膜层内部的水化产物不断向外突出，最终导致膜层破裂，水化又重新加速。水泥颗粒间的空隙逐渐缩小，而包有凝胶体的颗粒则逐渐接近，以致相互接触，接触点的增多形成了空间网状结构。凝聚结构的形成，使水泥浆开始失去可塑性，此为水泥的初凝，但这时还不具有强度。硬化期。以上过程不断地进行，固态的水化产物不断增多并填充颗粒间的空隙，毛细孔越来越少，结晶体和凝胶体互相贯穿形成的凝聚结晶网状结构不断加强，结构逐渐紧密。水泥浆体完全失去可塑性，达到能担负一定荷载的强度，水泥表现为终凝,并开始进入硬化阶段。水泥进入硬化期以后，水化速度逐渐减慢,水化产物随时间的增长而逐渐增加，扩展到毛细孔中，使结构更加致密，强度也相应提高。