巖土工程師輔導(dǎo)資料：硅酸鹽水泥熟料的組成(2)

　　3、 硅酸鹽水泥的水化與硬化 $lesson$

　　水泥的凝結(jié)硬化：水泥加適量的水拌合后，立即發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，水泥的各個(gè)組分開(kāi)始溶解，并產(chǎn)生了復(fù)雜的物理與化學(xué)變化，形成包括砂、石集料在內(nèi)的可塑性漿體，并逐漸失去流動(dòng)性，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢◤?qiáng)度的石狀體，即為水泥的凝結(jié)硬化。水泥凝結(jié)硬化以水化為前提，而水化反應(yīng)可以持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間，因此，一般情況下，水泥硬化漿體的強(qiáng)度和其他性能也在不斷地發(fā)生變化。 下面我們先來(lái)講一下硅酸鹽水泥的水化

　　3.1硅酸鹽水泥的水化：硅酸鹽水泥中多種礦物共同存在，有些礦物在遇水的瞬間，就開(kāi)始溶解、水化，因此，填充在顆粒之間的液相，實(shí)際上不是純水，而是含有各種離子的溶液。一般C3S水化會(huì)迅速溶出ca(OH)2，所摻石膏也很快溶解于水，特別是水泥粉磨時(shí)部分二水石膏可能脫水成半水石膏或可溶性硬石膏，其溶解速率更大。熟料中所含的堿溶解也快，甚至(70～80)%的K2S04可幾分鐘內(nèi)溶出，所以水泥的水化作用在開(kāi)始后，基本上是在含堿的氫氧化鈣、硫酸鈣飽和溶液中進(jìn)行。

　　值得注意的是，水泥是一種多礦物、多組分體系、各種熟料礦物不可能單獨(dú)進(jìn)行水化，它們之間的相互作用必然對(duì)水化進(jìn)程產(chǎn)生一定影響，因此，應(yīng)用一般的反應(yīng)方程式實(shí)際很難真實(shí)地表示水泥水化過(guò)程。

　　硅酸鹽水泥的水化是一個(gè)放熱反應(yīng)過(guò)程，因此可以近似地通過(guò)等溫量熱計(jì)來(lái)研究水化過(guò)程中各個(gè)階段連續(xù)反應(yīng)的情況。

　　硅酸鹽水泥水化的快慢用水化速率來(lái)表征。水化速率是指單位時(shí)間內(nèi)水泥的水化程度或水化深度。水化程度是指在一定時(shí)間內(nèi)發(fā)生水化作用的量和完全水化量的比值;而水化深度是指水化層的厚度。水泥的水化速率必須在顆粒粗細(xì)、水灰比以及水化溫度等條件基本一致情況下才能加以比較。測(cè)定水化速率的方法有直接法和間接法兩種。直接法是利用巖相分析、X射線(xiàn)分析或熱分析等方法，定量地測(cè)定已水化和未水化部分的數(shù)量。間接法則是測(cè)定結(jié)合水、水化熱或Ca(OH)2生成量的方法。不同的測(cè)量方法，通常得出的水化速率不盡相同。這是因?yàn)楦鞣N工藝因素影響，而且不同來(lái)源的同種熟料礦物也不可能以完全相同速率進(jìn)行水化。另外，還與熟料中所含雜質(zhì)的種類(lèi)和數(shù)量有很大關(guān)系。

　　硅酸鹽水泥水化反應(yīng)也遵循化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的一般原理。在其他條件相同的情況下，反應(yīng)物參與反應(yīng)的表面積越大，其反應(yīng)速率越快。提高水泥細(xì)度，增大表面積，早期水化速度明顯加快，放熱量提高。而較粗的顆粒則相反，各階段反應(yīng)都較慢。同樣，溫度升高也會(huì)加速水泥的水化反應(yīng)。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，水化溫度在100℃以?xún)?nèi)，硅酸鹽水泥水化產(chǎn)物與常溫生成的產(chǎn)物基本沒(méi)有區(qū)別，而水化產(chǎn)物的形態(tài)和顯微結(jié)構(gòu)則有所不同，而且從常溫到90℃的溫度范圍內(nèi)水泥的水化機(jī)理基本沒(méi)有變化。另外，采用合適的外加劑可以調(diào)節(jié)水泥的水化速率。通常有促凝劑、快硬劑和緩凝劑等三種。絕大多數(shù)無(wú)機(jī)電解質(zhì)都有促進(jìn)水泥水化的作用，使用歷史最長(zhǎng)的則為氯化鈣(CaCl2)，主要是因?yàn)榭扇苄遭}鹽能使液相提早達(dá)到必需的Ca(OH)2過(guò)飽和度，從而加快Ca(OH)2結(jié)晶析出。大多數(shù)有機(jī)外加劑對(duì)水泥的水化有延緩作用，其中使用最普遍的是各種木質(zhì)素磺酸鹽。有研究表明，木質(zhì)素磺酸鈉能使氫氧化鈣結(jié)晶生長(zhǎng)緩慢，甚至完全受到阻礙。

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