筑施工中硅酸盐水泥水化问题探讨

内容摘要：。硅酸盐水泥的水化过程与C3s的水化过程是一致的，基本规律相似。硅酸盐水泥的水化一凝结一硬化．基本原理是水泥系统中熟料、石膏，水三元相分别溶解和交互化学反应，结果导致水泥浆逐渐稠化和硬化，直至最后岩石化。

关键词：建筑施工硅酸盐水泥水化

我国的硅酸盐水泥与世界各国的波特兰水泥是同一属性的水硬性胶凝材料，硅酸盐水泥命名是按学科命名，波特兰水泥是按商品命名，而且有着悠久的历史称谓。

我国水泥品种有60多种，经常生产的近30种，但最重要的品种是各种硅酸盐水泥，它的产量占总产量的98％以上。

一．硅酸盐水泥的水化一凝结一硬化

水泥的凝结硬化过程是很复杂的物理化学变化过程。硅酸盐水泥的水化过程与C3s的水化过程是一致的，基本规律相似。硅酸盐水泥的水化一凝结一硬化．基本原理是水泥系统中熟料、石膏，水三元相分别溶解和交互化学反应，结果导致水泥浆逐渐稠化和硬化，直至最后岩石化。

1、按水化历程来理解，水泥水化硬化的解释水泥加水拌和后，最初形成具有可塑性的浆体，然后逐渐失去可塑性，这一过程称为凝结。此后，强度逐渐提高，并变成坚硬的石状物体――水泥石，这一过程称为硬化。水泥的凝结和硬化过程是人为划分的，实际上是一个连续的复杂的物理化学变化过程，这些变化决定了水泥的一系列技术性能。

上述反应中，硅酸三钙水化反应很快，水化放热量大，生成的水化硅酸钙几乎不溶于水，而以胶体微粒析出，井逐渐凝聚成为凝胶。硅酸二钙水化反应的产物与硅酸三钙基本相同，但它水化反应极慢，水化放热量小。铝酸三钙水化反应极快，水化放热量甚大，且放热速度也很快．生成的水化铝酸钙为立方晶体．铁铝酸四钙水化反应快，水化放热量中等，生成的水化产物为水化铝酸三钙和水化铁酸一钙．水化铝酸三钙和水化铁酸一钙是不稳定的产物，它们在氢氧化钙饱和溶液中能与氢氧化钙进一步反应，生成六方晶体的水化铝酸四钙和水化铁酸四钙。

2、从微观角度出发，水泥水化硬化的解释水泥加水拌和后，未水化的水泥颗粒分散在水中，成为水泥浆体。

水泥的水化反应首先在水泥颗粒表面剧烈地进行，生成的水化物溶于水中。此种作用继续下去，使水泥颗粒周围的溶液很快地成为水化产物的饱和溶液。

此后，水泥继续水化，在饱和溶液中生成的水化产物，便从溶液中析出，包在水泥颗粒表面。水化产物中的氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙是结晶程度较高的物质，相当于胶体物质，胶体凝聚便形成凝胶体。

随着水泥颗粒不断水化，凝胶体膜层不断增厚而破裂，并继续扩展，在水泥颗粒之间形

成了网状结构，水泥浆体逐渐变稠，黏度不断增高，失去塑性，这就是水泥的凝结过程。

以上过程不断地进行，水化产物不断生成并填充颗粒之间空隙，毛细孔越来越少，使结构更加紧密，水泥浆体逐渐产生强度而进入硬化阶段。

二．水泥凝结硬化的主要影响因素

水泥的凝结硬化过程除受本身的矿物组成影响外，尚受以下因素的影响。

1、细度细度即磨细程度，水泥颗粒越细，总表面积越大，与水接触的面积也越大，则水化速度越快，凝结硬化也越快。

2、石膏掺量水泥中掺入石膏，可调节水泥凝结硬化的速度。在磨细水泥熟料时．若不掺人少量石膏，则所获得的水泥浆可在很短时间内迅速凝结。这是由于铝酸钙电离出三价铝离子(AI3+)，而高价离子会促进胶体凝聚。当掺人少量石膏后，石膏将与铝酸三钙作用，生成难溶的水化硫铝酸钙晶体(钙矾石)，减少了溶液中的铝离子，延缓了水泥浆体的凝结速度，但石膏掺量不能过多，过多的石膏不仅缓凝作用不大，还会引起水泥安定性不良。

3、养护时间(龄期)随着时间的延续，水泥的水化程度在不断增大，水化产物也不断增加。因此，水泥石强度的发展是随龄期而增长的。一般在28d内强度发展最快，28d后显著减慢。

4、温度和湿度温度对水泥的凝结硬化有着明显的影响。提高温度可加速水化反应，通常提高温度可加速硅酸盐水泥的早期水化，使早期强度能较快发展，但后期强度反而可能有所降低。在较低温度下硬化时，虽然硬化缓慢，但水化产物较致密，所以可获得较高的最终强度．当温度降至负值时，水化反应停止，由于水分结冰，会导致水泥石冻裂，破坏其结构。温度的影响主要表现在水泥水化的早期阶段，对后期影响不大。

三．硅酸盐水泥水化过程中体积的改变

在水化过程中，水泥矿物转变为水化产物，固相体积逐渐增加，但水泥―水体系的总体积却在不断减小。由于这种体积减缩是因化学反应所致，故称化学减缩。无论就绝对数值还是相对速度而言，水泥各矿物的减缩作用大小按下列次序排列： C3A>C4AF>C3S>C2S。所以初期减缩量的大小，常与C3A的含量成线性关系．根据一般硅酸盐水泥的矿物组成计算，每100g水泥的减缩总量约为79mL。

一般情况下，水泥初期水化体积是减小的，但是不同水泥品种、不同的水化环境下水泥早期水化行为可能有所不同。当一个反应过程伴随了体积剧烈增加，且略微放热．与此同时的另一个反应过程体积减小，且强烈吸热时，整体上将产生体积膨胀和正的水化热(即吸热)。

四．硅酸盐水泥水化电性能

对比水化热模型，具体分析了电阻率变化与水泥水化历程之间的关系，提出了水泥水化结构形成模型。

用电阻率描述的水泥水化过程是一个矿物的溶解、离子的传输与水化硅酸钙凝胶的沉积过程，间接地描述了水泥早期水化的离子变化及浆体结构的演变过程。影响电阻率的因素有水／固比、孔溶液中离子的浓度、离子的类型与活性、孔隙尺寸、孔径分布及其连通性等。

水对水泥水化结构的演变过程有着非常重要的作用，水自身对水泥水化不存在促进或抑制作用，但却影响着水泥颗粒的分散、水化产物的生成与凝聚。水量增加促进了水泥颗粒的分散，水化活性点增多，对水化热历程起促进作用。但是过量的水会使结构弱化，这是水化热模型所无法描述的，结构形成模型却表现得非常明显。随着水量的增加，电阻串呈明显下降趋势。这是因为水量的增加促进了水泥粒子的分散、离子的溶解与迁移，因此离子达到过饱和度的时间相应延长，溶解平衡期持续时间也随之延长；而水化产物的结晶接触点相对减少，结构搭建疏松，在结构硬化时孔隙尺寸相应增大并且有较好的连通性，孔隙率增加，体系电阻宰相应下降。