硅酸盐水泥水化过程

一：水泥的水化过程详解

水泥加水拌合后成为既有可塑性又有流动性的水泥浆，同时产生水化，随着水化反应的进行，逐渐失去流动能力到达“初凝”。待完全失去可塑性，开始产生结构强度时，即为“终凝”。随着水化，凝结的继续，浆体逐渐转变为具有一定强度的坚硬固体水泥石，即为硬化。可见，水化是水泥产生凝结硬化的前提，而凝结硬化则是水泥水化的结果。

水泥与水拌合后，其颗粒表面的熟料矿物立即与水发生化学反应，各组分开始溶解，形成水化物，放出一定热量，固相体积逐渐增加。

水泥是多矿物的集合体，各矿物的水化会互相影响。熟料单矿物的水化反应式如下：

C3S+H→C-S-H+CH

C2S+H→C-S-H+CH

C3A +H→C3AH6(水化铝酸三钙）

C4AF+H→C3AH6+CFH（水化铁酸一钙）

在四种熟料矿物中，C3A水化速率最快，C3S和C4AF水化也很快，而C2S最慢。

铝酸三钙或硅酸二钙水化生成水化硅酸钙（C-S-H）和氢氧化钙（CH）。C-S-H不溶于水，并立即以胶体微粒析出，逐渐凝聚成为C-S-H凝胶。CH在溶液中的浓度很快达到过饱和，呈六方板状晶体析出。水化铝酸钙为立方晶体，在氢氧化钙饱和溶液中，其一部分还能与氢氧化钙进一步反应，生成六方晶体的水化铝酸四钙。因水泥中渗有少量石膏，故生成的水化铝酸钙会与石膏反应，生成高硫型水化硫铝酸钙（3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O）针状晶体，其矿物名称为钙矾石，简称AFt。当石膏完全消耗后，一部分将转变为单硫型水化硫铝酸钙晶体，简称AFm。通常，AFt在水泥加水后的24h内大量生产，随后逐渐转变成AFm。

综上所述，如果忽略一些次要的和少量的成分，则硅酸盐水泥与水作用后，生成的主要水化产物为：水化硅酸钙和水化铁酸钙凝胶，氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙晶体。在完全水化的水泥石中，水化硅酸钙约占70%，氢氧化钙约占20%，钙矾石和单硫型水化硫铝酸钙约占7%。

硅酸盐水泥水化反应为放热反应，其放出的热量成为水化热。

二：简述硅酸盐水泥水化过程的主要水化产物

答：硅酸盐水泥水化过程的主要水化产物是氢氧化钙，水化硫铝酸钙。

三：硅酸盐水泥的凝结硬化过程分为哪几个步骤

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。

四：硅酸盐水泥的主要水化产物是什么？硬化水泥石的结构如何？

硅酸盐水泥的主要化学成分：氧化钙CaO，二氧化硅SiO2，三氧化二铁Fe2O3，三氧化二铝Al2O3。

硅酸盐水泥的主要矿物：硅酸三钙（3CaO·SiO2，简式C3S），硅酸二钙（2CaO·SiO2，简式C2S），铝酸三钙（3CaO·Al2O3，简式C3A），铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3，简式C4AF）。

水泥的凝结和硬化：

1)、3CaO·SiO2+H2O→CaO·SiO2·YH2O（凝胶）+Ca（OH）2；

2)、2CaO·SiO2+H2O→CaO·SiO2·YH2O（凝胶）+Ca（OH）2；

3)、3CaO·Al2O3+6H2O→3CaO·Al2O3·6H2O（水化铝酸钙，不稳定）；

3CaO·Al2O3+3CaSO4·2 H2O+26H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O（钙矾石，三硫型水化铝酸钙）；

3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O+2〔3CaO·Al2O3〕+4 H2O→3〔3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O〕（单硫型水化铝酸钙）；

4)、4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O→3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O。

水泥速凝是指水泥的一种不正常的早期固化或过早变硬现象。高温使得石膏中结晶水脱水，变成浆状体，从而失去调节凝结时间的能力。假凝现象与很多因素有关，一般认为主要是由于水泥粉磨时磨内温度较高，使二水石膏脱水成半水石膏的缘故。当水泥拌水后，半水石膏迅速与水反应为二水石膏，形成针状结晶网状结构，从而引起浆体固化。另外，某些含碱较高的水泥，硫酸钾与二水石膏生成钾石膏迅速长大，也会造成假凝。假凝与快凝不同，前者放热量甚微，且经剧烈搅拌后浆体可恢复塑性，并达到正常凝结，对强度无不利影响。

五：水泥的水化方程式及先后顺序

硅酸盐水泥熟料矿物的水化

??硅酸盐水泥拌合水后，四种主要熟料矿物与水反应。分述如下：

??①硅酸三钙水化

??硅酸三钙在常温下的水化反应生成水化硅酸钙(C-S-H凝胶)和氢氧化钙。

?? 3CaO·SiO2+nH2O=xCaO·SiO2·yH2O+(3-x)Ca(OH)2

??②硅酸二钙的水化

??β-C2S的水化与C3S相似，只不过水化速度慢而已。

???2CaO·SiO2+nH2O=xCaO·SiO2·yH2O+(2-x)Ca(OH)2

??所形成的水化硅酸钙在C/S和形貌方面与C3S水化生成的都无大区别，故也称为C-S-H凝胶。但CH生成量比C3S的少，结晶却粗大些。

③铝酸三钙的水化

??铝酸三钙的水化迅速，放热快，其水化产物组成和结构受液相CaO浓度和温度的影响很大，先生成介稳状态的水化铝酸钙，最终转化为水石榴石（C3AH6）。

在有石膏的情况下，C3A水化的最终产物与起石膏掺入量有关。最初形成的三硫型水化硫铝酸钙，简称钙矾石，常用AFt表示。若石膏在C3A完全水化前耗尽，则钙矾石与C3A作用转化为单硫型水化硫铝酸钙(AFm)。

④铁相固溶体的水化

??水泥熟料中铁相固溶体可用C4AF作为代表。它的水化速率比C3A略慢，水化热较低，即使单独水化也不会引起快凝。其水化反应及其产物与C3A很相似。

六：硅酸盐水泥的水化速度表现为

其实硅酸盐水泥的水化速度没有十分确切的表现形式或检测方法，单可以根据凝结时间（初凝、终凝）的长短来间接判断，凝结时间长的水化速度慢、反之水化速度快。