3、 硅酸鹽水泥的水化與硬化 $lesson$

　　水泥的凝結硬化：水泥加適量的水拌合后，立即發生化學反應，水泥的各個組分開始溶解，并產生了復雜的物理與化學變化，形成包括砂、石集料在內的可塑性漿體，并逐漸失去流動性，轉變為具有一定強度的石狀體，即為水泥的凝結硬化。水泥凝結硬化以水化為前提，而水化反應可以持續較長時間，因此，一般情況下，水泥硬化漿體的強度和其他性能也在不斷地發生變化。 下面我們先來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，就開始溶解、水化，因此，填充在顆粒之間的液相，實際上不是純水，而是含有各種離子的溶液。一般C3S水化會迅速溶出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可幾分鐘內溶出，所以水泥的水化作用在開始后，基本上是在含堿的氫氧化鈣、硫酸鈣飽和溶液中進行。

　　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進行水化，它們之間的相互作用必然對水化進程產生一定影響，因此，應用一般的反應方程式實際很難真實地表示水泥水化過程。

　　硅酸鹽水泥的水化是一個放熱反應過程，因此可以近似地通過等溫量熱計來研究水化過程中各個階段連續反應的情況。

　　硅酸鹽水泥水化的快慢用水化速率來表征。水化速率是指單位時間內水泥的水化程度或水化深度。水化程度是指在一定時間內發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、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射線分析或熱分析等方法，定量地測定已水化和未水化部分的數量。間接法則是測定結合水、水化熱或Ca(OH)2生成量的方法。不同的測量方法，通常得出的水化速率不盡相同。這是因為各種工藝因素影響，而且不同來源的同種熟料礦物也不可能以完全相同速率進行水化。另外，還與熟料中所含雜質的種類和數量有很大關系。

　　硅酸鹽水泥水化反應也遵循化學反應動力學的一般原理。在其他條件相同的情況下，反應物參與反應的表面積越大，其反應速率越快。提高水泥細度，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，各階段反應都較慢。同樣，溫度升高也會加速水泥的水化反應。據文獻報道，水化溫度在100℃以內，硅酸鹽水泥水化產物與常溫生成的產物基本沒有區別，而水化產物的形態和顯微結構則有所不同，而且從常溫到90℃的溫度范圍內水泥的水化機理基本沒有變化。另外，采用合適的外加劑可以調節水泥的水化速率。通常有促凝劑、快硬劑和緩凝劑等三種。絕大多數無機電解質都有促進水泥水化的作用，使用歷史最長的則為氯化鈣(CaCl2)，主要是因為可溶性鈣鹽能使液相提早達到必需的Ca(OH)2過飽和度，從而加快Ca(OH)2結晶析出。大多數有機外加劑對水泥的水化有延緩作用，其中使用最普遍的是各種木質素磺酸鹽。有研究表明，木質素磺酸鈉能使氫氧化鈣結晶生長緩慢，甚至完全受到阻礙。

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