水泥水化过程的机理-测试及影响因素.doc

第 23卷　第 2期 2 0 0 9年 3月 长　沙　大　学　学　报 JOURNAL O F CHANGSHA UN IVERS ITY Vo .l 23　No. 2 Ma r. 2 0 0 9 3 水泥水化过程的机理、测试及影响因素 马振珠 ,岳汉威 ,宋晓岚 2 1 1 (1.中国建筑材料检验认证中心 ,北京 100024; 2.中南大学资源加工与生物工程学院 ,湖南长沙 410086) 摘　要 :水泥的水化过程是一个非常复杂的化学物理过程 ,水化反应进行的程度将直接影响建筑物的性能 ,因此一直是 科研工作者研究的重点.影响水泥水化反应的因素很多 ,在此基础上也衍生了许多测试评价水泥水化反应的方法 .对水泥水 化反应的产生机理及测试评价水泥水化过程的方法进行浅要的介绍 ,对原材料、氢键等影响水泥水化反应的机理进行了分 析. 关键词 :水泥 ;水化反应 ;氢键 中图分类号 : TU02　　　文献标识码 : A　　　文章编号 : 1008 - 4681 (2009) 02 - 0043 - 04 　　水泥加水拌和后 ,水泥颗粒被水所包围 ,表面的 矿物质成分很快与水发生水化和水解作用 ,水溶液 也逐渐成为一种凝胶体 ,同时产生一定的热量 ,即俗 称的水化热.随着水化水解作用不断向水泥颗粒内 部深化 ,形成的凝胶体也逐渐结晶硬化 ,具有很高的 粘结能力 [ 1 ].水化反应的进行有效地粘结了各种骨 料 ,使其牢固地结合为一个整体. 体.该水化反应的速度快 ,形成早期强度并产生早期 水化热. C S水化生成水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙晶 2 体.该水化反应的速度慢 ,对后龄期混凝土强度的发 展起关键作用.其水化热释放缓慢 ,产物中氢氧化钙 的含量减少时 ,可以生成更多的水化产物. C A水化生成水化铝酸钙晶体 .该水化反应速 3 1　水泥水化过程 度极快 ,并且释放出大量的热量. 石膏与水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸钙针状 晶体 (钙矾石 ).钙钒石难溶于水 ,包裹在水泥熟料 的表面上 ,形成保护膜 ,阻碍水分进入水泥内部 ,使 水化反应延缓 ,从而避免了纯水泥熟料水化产生闪 凝现象. 水泥的凝结和硬化 ,是一个复杂的物理化学过 程 ,其根本原因在于构成水泥熟料的矿物成分本身 的特性.水泥熟料矿物遇水后会发生水解或水化反 应而成水化产物 ,这些水化产物按照一定的方式靠 多种引力相互搭接和联结形成水泥石的结构从而产 生强度.普通硅酸盐水泥熟料主要是由硅酸三钙、硅 酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙四种矿物组成 ,其相 对含量大致为 :硅酸三钙 37～60% ,硅酸二钙 15～ 37% ,铝酸三钙 7～15% ,铁铝酸四钙 10～18%.这 四种矿物质遇水后均能发生水化反应 ,但由于矿物 本身结构差异以及相应水化产物性质的不同 ,各矿 物的水化速率和强度也不尽相同 ,按照水化速率的 快慢 ,有如下规律 :铝酸三钙 铁铝酸四钙 硅酸三 钙 硅酸二钙.按照水化产物的最终强度 ,则规律如 下 :硅酸二钙 硅酸三钙 铁铝酸四钙 铝酸三钙. 而水泥的凝结时间、早期强度则主要取决于铝酸三 钙和硅酸三钙.主要原因如下 : 2　影响水泥水化反应的因素 2. 1　氢键 水泥接触到水后各组分开始溶解 ,极短的时间 便能够与水发生水化反应 ,此时填充在颗粒间的液 2 + - - 4 相已不再是纯水 ,而是含有 Ca 、OH 、A l(OH) 、 SO24 - 等多种离子的混合溶液 ,水化反应继续进行. 水在混凝土生产的过程中起重要作用 :一 ,满足 拌合的需要 ;二 ,满足水泥水化反应的需要 .水分子 中 H与 OH的键角是 105°,由于这个键角易形成氢 键 ,因而会形成分子缔合体 (H O) .根据水的这一 2 n 特点 ,可以选择分子结构与水相似 、易形成氢键、物 C S水化生成水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙晶 3 3 收稿日期 : 2009 - 01 - 21 作者简介 :马振珠 (1963 - ) ,男 ,安徽灵璧人 ,中国建筑材料检验认证中心教授级高工 .研究方向 : 材料性能的表征与评 价. 长沙大学学报 2009年 3月 44 化性质与水近似的物质作为混凝土添加剂来改善混 凝土的性能.当该物质溶于水后 ,会使缔合水分子断 裂至基本形式的四面体而易于与水泥硅氧四面体公 用隅角生成水泥水化物.这样 ,既提高了水泥熟料矿 物的水化率 ,也提高了水的利用率 ;添加剂里水溶性 有机化合物分子的羟基胺基的氢原子和水泥四面体 中电负性很强的氧原子间产生强烈的作用而形成氢 键 ,并生成分子间的结合体 ,这种有序的作用