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硅酸盐水泥的水化

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硅酸盐水泥加水后,首先石膏迅速溶解于水,C3A立即发生反应,C4AF与C3S亦很快水化而β-C2S则稍慢。几分钟后在电子显微镜下可以观察到水泥颗粒表面生成针状晶体、立方片状晶体和无定型的水化硅酸钙凝胶(C-S-H)。尺寸相对较大的立方板状晶体是氢氧化钙,针状晶体(或立方棱柱状晶体)是三硫型水化硫铝酸钙晶体(钙矾石AFt)。以后由于不断地生成三硫型水化硫铝酸钙,使液相中SO42-离子逐渐耗尽后,C3A与C4AF和三硫型水化硫铝酸钙作用生成单硫型水化硫铝酸钙(AFm)。生成的3Ca0·(A1203·Fe203)·CaS04·12H20可再和4Ca0·(A1204·Fe304)·13H20形成固溶体,如果石膏不足,还有C3A或C4AF剩留,则会生成单硫型水化硫铝酸钙和C4(AF)H13的固溶体,甚至单独的C4(AF)H13,而后再逐渐变成稳定的等轴晶体C3(AF)H6。

综上所述,硅酸盐水泥水化生成的主要水化产物有:C-S-H凝胶、氢氧化钙、水化铝(铁)酸钙和水化硫铝(铁)酸钙晶体。在充分水化的水泥石中,C-S-H凝胶约占70%,Ca(OH)2约占20%,钙矾石和单硫型水化硫铝酸钙约占70%。

水泥石结构是由未水化的水泥颗粒、水化产物以及孔隙组成,水化产物晶体共生和交错,形成结晶网络结构,在水泥石中起重要的骨架作用,水化硅酸钙凝胶填充于其中。C-S-H凝胶比表面积很大,表面能高,相互间受到分子间的引力作用,相互接触而发展了水泥石的强度。因此,随着水化龄期的推移,C-S-H凝胶生成量增加,有助于水泥石强度增长。

水泥石的强度与其他多孔材料一样,取决于内部孔隙的数量,这类影响强度的孔隙,是指拌合水泥浆时形成的气孔及不参与水化反应的自由水所形成的毛细孔,但不包括极为微小的凝胶孔。一般,水泥浆的孔隙率与其水灰比成正比,并随水化龄期推移而降低。因此,降低水灰比,可提高水泥石强度,并且水泥石强度随水化龄期推移而增强

矿渣水泥与水拌和后,首先是熟料矿物与水作用,生成水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化铁酸钙、氢氧化钙、水化硫铝酸钙等水化产物,这个过程以及水化产物的性质与纯硅酸盐水泥是相同的。生成的Ca(OH)2则成为矿渣的碱性激发剂,它使矿渣玻璃体中的活性Si02和活性A1203进入溶液,并与之形成C-S-H凝胶、水化铝酸钙。水泥中所含的石膏则为矿渣的硫酸盐激发剂,与矿渣作用生成水化硫铝(铁)酸钙,此外还可能生成水化铝硅酸钙(C2ASH8)等水化产物。

与硅酸盐水泥相比,矿渣水泥的水化产物碱度要低一些,水化产物中的Ca(OH)2含量相对较小,其硬化后主要组成是C-S-H凝胶和钙矾石,而且C-S-H凝胶结构比硅酸盐水泥石中的更为致密。

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