一级建筑师辅导之建筑材料与构造(10)

　　2.硅酸盐水泥的凝结硬化一级建筑师

　　(1)硅酸盐水泥的水化

　　几种矿物的水化反应如下：

　　2(3CaO ? SiOz)十6HzO =3CaO ? 2SiOz ? 3HzO十3Ca(OH)z

　　硅酸三钙水化硅酸钙氢氧化钙

　　2(2CaO ? SiOz)十4HzO=3CaO? 2SiOz ? 3HzO十Ca(OH)z

　　硅酸二钙

　　3CaO ? Alz03十6HzO=3CaO? AlzO3 ? 6HzO

　　铝酸三钙 水化铝酸三钙

　　4CaO ? Alz03 ? FeZ03十7HzO =3CaO ? Al zO3 ? 6HzO+CaO ? Fe zO3 ? HzO

　　铁铝酸四钙 水化铁酸一钙

　　C3S水化生成的水化硅酸钙几乎不溶于水，而立即以胶体微粒析出，并逐渐凝聚成凝 胶。用电镜观察，水化硅酸钙是大小与胶体相同、结晶度较差的、薄片或纤维状颗粒，称 为C-S-H凝胶。水化生成的Ca(OH)z在溶液中的浓度很快达到饱和，呈六方晶体析出。 水化铝酸三钙(C3AH6 )为立方晶体，在Ca(OH)z饱和溶液中能与Ca(OH)z进一步反应， 生成六方晶体的C4AH13和C4AH190

　　为了调节水泥的凝结时间，都要掺入石膏，石膏与水化铝酸钙发生反应生成高硫型水 化硫铝酸钙(钙矶石3CaO ? Al zO3 ? 3CaS04 ? 32HzO，代号Aft)。

　　C4AH13+ CaSO4 ? 2HzO十HzO一→3CaO ? Al zO3 ? 3CaS O4 ? 32HzO+Ca(OH)z C3AH6+CaS O4 ? 2HzO+HzO一→3CaO ? Alz03 ? 3CaS O4? 31HzO+Ca(OH)z

　　钙矶石是难溶于水的针状晶体，它包围在熟料颗粒周围，形成"保护膜"，延缓水化。当石膏耗尽时， C3A还会与钙矶石反应生成单硫型水化硫铝酸钙(3CaO?Alz O3?CaS O4?12HzO)。单硫型水化硫铝酸钙为六方板状晶体。

　　水泥浆在空气中硬化时，表层水化形成的Ca(OH)z还会与空气中的COz反应生成 CaC03。

　　综上所述，水泥水化后主要水化产物有：水化硅酸钙凝胶、水化铁酸钙凝胶、氢氧化 钙晶体、水化铝酸钙晶体、水化硫铝酸钙晶体。在充分水化的水泥石中， C-S- H约占 70%， Ca(OH)z约占20% ，钙矶石和单硫型水化硫铝酸钙约占7%。C-S-H对水泥石的 强度和其他主要性质起着决定性作用。

　　(2)硅酸盐水泥的凝结硬化过程

　　水泥的凝结硬化至今仍在继续研究，基于反应速度和物理化学的主要变化，可将水泥 的凝结硬化分为以下几个阶段

　　1)初始反应期

　　水化初期，由于水化物尚不多，包有水化物膜层的水泥颗粒之间是分离着的，相互间引力较小，此时水泥浆具有良好的塑性。一般的放热反应速度为168J/ g ? h，持续时间为5 ------ 10min。

　　2)潜伏期

　　凝胶体膜层围绕水泥颗粒成长，相互间形成点接触，构成疏松网状结构，使水泥浆体 开始失去流动性和部分可塑性，这时为初凝，但此时还不具有强度。放热反应速度为 4. 2J/g ? h，持续时间1h。

　　3)凝结期

　　凝胶体膜层破裂(由于水分渗入膜层内部的速度大于水化物通过膜层向外扩散的速度 而产生的渗透压) ，水泥颗粒进一步水化，而使反应速度加快，直至新的凝胶体重新修补 好破裂的膜层为止。放热反应速度在6h内逐渐增加到211/g ? h，持续时间为6h。

　　4)硬化期

　　形成的凝胶体进一步填充颗粒之间空隙，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。放热反应速度在24h内逐渐降低到4. 2J/g? h，持续时 间6h至若干年。

　　经过长时间(几个月甚至几年)的水化以后，多数颗粒仍剩余尚未水化的内核。因此， 硬化后的水泥石是由凝胶体、未水化水泥颗粒和毛细孔组成的不均质结构体。 影响水泥凝结硬化的主要因素有：水泥熟料矿物组成、水泥的细度、石膏掺量、拌合 加水量、调凝外加剂、养护时间(龄期)、温度和湿度等。石膏掺量必须适当，过少起不到 缓凝作用;掺量过多时，过量的硫酸钙所电离的Ca2+产生强烈的凝聚作用，造成促凝效 果，而且掺量过多，后期生成的钙矶石将引起水泥石的膨胀破坏。