2012年岩土工程师：基础知识辅导资料（5）

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3、 硅酸盐水泥的水化与硬化
水泥的凝结硬化：水泥加适量的水拌合后，立即发生化学反应，水泥的各个组分开始溶解，并产生了复杂的物理与化学变化，形成包括砂、石集料在内的可塑性浆体，并逐渐失去流动性，转变为具有一定强度的石状体，即为水泥的凝结硬化。水泥凝结硬化以水化为前提，而水化反应可以持续较长时间，因此，一般情况下，水泥硬化浆体的强度和其他性能也在不断地发生变化。 下面我们先来讲一下硅酸盐水泥的水化
3.1硅酸盐水泥的水化：硅酸盐水泥中多种矿物共同存在，有些矿物在遇水的瞬间，就开始溶解、水化，因此，填充在颗粒之间的液相，实际上不是纯水，而是含有各种离子的溶液。一般C3S水化会迅速溶出ca(OH)2，所掺石膏也很快溶解于水，特别是水泥粉磨时部分二水石膏可能脱水成半水石膏或可溶性硬石膏，其溶解速率更大。熟料中所含的碱溶解也快，甚至(70～80)%的K2S04可几分钟内溶出，所以水泥的水化作用在开始后，基本上是在含碱的氢氧化钙、硫酸钙饱和溶液中进行。
值得注意的是，水泥是一种多矿物、多组分体系、各种熟料矿物不可能单独进行水化，它们之间的相互作用必然对水化进程产生一定影响，因此，应用一般的反应方程式实际很难真实地表示水泥水化过程。外语学习
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硅酸盐水泥的水化是一个放热反应过程，因此可以近似地通过等温量热计来研究水化过程中各个阶段连续反应的情况。
硅酸盐水泥水化的快慢用水化速率来表征。水化速率是指单位时间内水泥的水化程度或水化深度。水化程度是指在一定时间内发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层的厚度。水泥的水化速率必须在颗粒粗细、水灰比以及水化温度等条件基本一致情况下才能加以比较。测定水化速率的方法有直接法和间接法两种。直接法是利用岩相分析、X射线分析或热分析等方法，定量地测定已水化和未水化部分的数量。间接法则是测定结合水、水化热或Ca(OH)2生成量的方法。不同的测量方法，通常得出的水化速率不尽相同。这是因为各种工艺因素影响，而且不同来源的同种熟料矿物也不可能以完全相同速率进行水化。另外，还与熟料中所含杂质的种类和数量有很大关系。
硅酸盐水泥水化反应也遵循化学反应动力学的一般原理。在其他条件相同的情况下，反应物参与反应的表面积越大，其反应速率越快。提高水泥细度，增大表面积，早期水化速度明显加快，放热量提高。而较粗的颗粒则相反，各阶段反应都较慢。同样，温度升高也会加速水泥的水化反应。据文献报道，水化温度在100℃以内，硅酸盐水泥水化产物与常温生成的产物基本没有区别，而水化产物的形态和显微结构则有所不同，而且从常温到90℃的温度范围内水泥的水化机理基本没有变化。另外，采用合适的外加剂可以调节水泥的水化速率。通常有促凝剂、快硬剂和缓凝剂等三种。绝大多数无机电解质都有促进水泥水化的作用，使用历史最长的则为氯化钙(CaCl2)，主要是因为可溶性钙盐能使液相提早达到必需的Ca(OH)2过饱和度，从而加快Ca(OH)2结晶析出。大多数有机外加剂对水泥的水化有延缓作用，其中使用最普遍的是各种木质素磺酸盐。有研究表明，木质素磺酸钠能使氢氧化钙结晶生长缓慢，甚至完全受到阻碍。