2.硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化
(1)硅酸鹽水泥的水化
幾種礦物的水化反應(yīng)如下：
2(3CaO · SiOz)十6HzO =3CaO · 2SiOz · 3HzO十3Ca(OH)z
硅酸三鈣水化硅酸鈣氫氧化鈣
2(2CaO · SiOz)十4HzO=3CaO· 2SiOz · 3HzO十Ca(OH)z
硅酸二鈣
3CaO · Alz03十6HzO=3CaO· AlzO3 · 6HzO
鋁酸三鈣 水化鋁酸三鈣
4CaO · Alz03 · FeZ03十7HzO =3CaO · Al zO3 · 6HzO+CaO · Fe zO3 · HzO
鐵鋁酸四鈣 水化鐵酸一鈣
C3S水化生成的水化硅酸鈣幾乎不溶于水，而立即以膠體微粒析出，并逐漸凝聚成凝 膠。用電鏡觀察，水化硅酸鈣是大小與膠體相同、結(jié)晶度較差的、薄片或纖維狀顆粒，稱 為C-S-H凝膠。水化生成的Ca(OH)z在溶液中的濃度很快達(dá)到飽和，呈六方晶體析出。 水化鋁酸三鈣(C3AH6 )為立方晶體，在Ca(OH)z飽和溶液中能與Ca(OH)z進(jìn)一步反應(yīng)， 生成六方晶體的C4AH13和C4AH190
為了調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時(shí)間，都要摻入石膏，石膏與水化鋁酸鈣發(fā)生反應(yīng)生成高硫型水 化硫鋁酸鈣(鈣磯石3CaO · Al zO3 · 3CaS04 · 32HzO，代號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
鈣磯石是難溶于水的針狀晶體，它包圍在熟料顆粒周圍，形成"保護(hù)膜"，延緩水化。當(dāng)石膏耗盡時(shí)， C3A還會與鈣磯石反應(yīng)生成單硫型水化硫鋁酸鈣(3CaO·Alz O3·CaS O4·12HzO)。單硫型水化硫鋁酸鈣為六方板狀晶體。
水泥漿在空氣中硬化時(shí)，表層水化形成的Ca(OH)z還會與空氣中的COz反應(yīng)生成 CaC03。
綜上所述，水泥水化后主要水化產(chǎn)物有：水化硅酸鈣凝膠、水化鐵酸鈣凝膠、氫氧化 鈣晶體、水化鋁酸鈣晶體、水化硫鋁酸鈣晶體。在充分水化的水泥石中， C-S- H約占 70%， Ca(OH)z約占20% ，鈣磯石和單硫型水化硫鋁酸鈣約占7%。C-S-H對水泥石的 強(qiáng)度和其他主要性質(zhì)起著決定性作用。
(2)硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化過程
水泥的凝結(jié)硬化至今仍在繼續(xù)研究，基于反應(yīng)速度和物理化學(xué)的主要變化，可將水泥 的凝結(jié)硬化分為以下幾個階段
1)初始反應(yīng)期
水化初期，由于水化物尚不多，包有水化物膜層的水泥顆粒之間是分離著的，相互間引力較小，此時(shí)水泥漿具有良好的塑性。一般的放熱反應(yīng)速度為168J/ g · h，持續(xù)時(shí)間為5 ------ 10min。
2)潛伏期
凝膠體膜層圍繞水泥顆粒成長，相互間形成點(diǎn)接觸，構(gòu)成疏松網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使水泥漿體 開始失去流動性和部分可塑性，這時(shí)為初凝，但此時(shí)還不具有強(qiáng)度。放熱反應(yīng)速度為 4. 2J/g · h，持續(xù)時(shí)間1h。
3)凝結(jié)期
凝膠體膜層破裂(由于水分滲入膜層內(nèi)部的速度大于水化物通過膜層向外擴(kuò)散的速度 而產(chǎn)生的滲透壓) ，水泥顆粒進(jìn)一步水化，而使反應(yīng)速度加快，直至新的凝膠體重新修補(bǔ) 好破裂的膜層為止。放熱反應(yīng)速度在6h內(nèi)逐漸增加到211/g · h，持續(xù)時(shí)間為6h。
4)硬化期
形成的凝膠體進(jìn)一步填充顆粒之間空隙，毛細(xì)孔越來越少，使結(jié)構(gòu)更加緊密，水泥漿 體逐漸產(chǎn)生強(qiáng)度而進(jìn)入硬化階段。放熱反應(yīng)速度在24h內(nèi)逐漸降低到4. 2J/g· h，持續(xù)時(shí) 間6h至若干年。
經(jīng)過長時(shí)間(幾個月甚至幾年)的水化以后，多數(shù)顆粒仍剩余尚未水化的內(nèi)核。因此， 硬化后的水泥石是由凝膠體、未水化水泥顆粒和毛細(xì)孔組成的不均質(zhì)結(jié)構(gòu)體。 影響水泥凝結(jié)硬化的主要因素有：水泥熟料礦物組成、水泥的細(xì)度、石膏摻量、拌合 加水量、調(diào)凝外加劑、養(yǎng)護(hù)時(shí)間(齡期)、溫度和濕度等。石膏摻量必須適當(dāng)，過少起不到 緩凝作用;摻量過多時(shí)，過量的硫酸鈣所電離的Ca2+產(chǎn)生強(qiáng)烈的凝聚作用，造成促凝效 果，而且摻量過多，后期生成的鈣磯石將引起水泥石的膨脹破壞。
(1)硅酸鹽水泥的水化
幾種礦物的水化反應(yīng)如下：
2(3CaO · SiOz)十6HzO =3CaO · 2SiOz · 3HzO十3Ca(OH)z
硅酸三鈣水化硅酸鈣氫氧化鈣
2(2CaO · SiOz)十4HzO=3CaO· 2SiOz · 3HzO十Ca(OH)z
硅酸二鈣
3CaO · Alz03十6HzO=3CaO· AlzO3 · 6HzO
鋁酸三鈣 水化鋁酸三鈣
4CaO · Alz03 · FeZ03十7HzO =3CaO · Al zO3 · 6HzO+CaO · Fe zO3 · HzO
鐵鋁酸四鈣 水化鐵酸一鈣
C3S水化生成的水化硅酸鈣幾乎不溶于水，而立即以膠體微粒析出，并逐漸凝聚成凝 膠。用電鏡觀察，水化硅酸鈣是大小與膠體相同、結(jié)晶度較差的、薄片或纖維狀顆粒，稱 為C-S-H凝膠。水化生成的Ca(OH)z在溶液中的濃度很快達(dá)到飽和，呈六方晶體析出。 水化鋁酸三鈣(C3AH6 )為立方晶體，在Ca(OH)z飽和溶液中能與Ca(OH)z進(jìn)一步反應(yīng)， 生成六方晶體的C4AH13和C4AH190
為了調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時(shí)間，都要摻入石膏，石膏與水化鋁酸鈣發(fā)生反應(yīng)生成高硫型水 化硫鋁酸鈣(鈣磯石3CaO · Al zO3 · 3CaS04 · 32HzO，代號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
鈣磯石是難溶于水的針狀晶體，它包圍在熟料顆粒周圍，形成"保護(hù)膜"，延緩水化。當(dāng)石膏耗盡時(shí)， C3A還會與鈣磯石反應(yīng)生成單硫型水化硫鋁酸鈣(3CaO·Alz O3·CaS O4·12HzO)。單硫型水化硫鋁酸鈣為六方板狀晶體。
水泥漿在空氣中硬化時(shí)，表層水化形成的Ca(OH)z還會與空氣中的COz反應(yīng)生成 CaC03。
綜上所述，水泥水化后主要水化產(chǎn)物有：水化硅酸鈣凝膠、水化鐵酸鈣凝膠、氫氧化 鈣晶體、水化鋁酸鈣晶體、水化硫鋁酸鈣晶體。在充分水化的水泥石中， C-S- H約占 70%， Ca(OH)z約占20% ，鈣磯石和單硫型水化硫鋁酸鈣約占7%。C-S-H對水泥石的 強(qiáng)度和其他主要性質(zhì)起著決定性作用。
(2)硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化過程
水泥的凝結(jié)硬化至今仍在繼續(xù)研究，基于反應(yīng)速度和物理化學(xué)的主要變化，可將水泥 的凝結(jié)硬化分為以下幾個階段
1)初始反應(yīng)期
水化初期，由于水化物尚不多，包有水化物膜層的水泥顆粒之間是分離著的，相互間引力較小，此時(shí)水泥漿具有良好的塑性。一般的放熱反應(yīng)速度為168J/ g · h，持續(xù)時(shí)間為5 ------ 10min。
2)潛伏期
凝膠體膜層圍繞水泥顆粒成長，相互間形成點(diǎn)接觸，構(gòu)成疏松網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使水泥漿體 開始失去流動性和部分可塑性，這時(shí)為初凝，但此時(shí)還不具有強(qiáng)度。放熱反應(yīng)速度為 4. 2J/g · h，持續(xù)時(shí)間1h。
3)凝結(jié)期
凝膠體膜層破裂(由于水分滲入膜層內(nèi)部的速度大于水化物通過膜層向外擴(kuò)散的速度 而產(chǎn)生的滲透壓) ，水泥顆粒進(jìn)一步水化，而使反應(yīng)速度加快，直至新的凝膠體重新修補(bǔ) 好破裂的膜層為止。放熱反應(yīng)速度在6h內(nèi)逐漸增加到211/g · h，持續(xù)時(shí)間為6h。
4)硬化期
形成的凝膠體進(jìn)一步填充顆粒之間空隙，毛細(xì)孔越來越少，使結(jié)構(gòu)更加緊密，水泥漿 體逐漸產(chǎn)生強(qiáng)度而進(jìn)入硬化階段。放熱反應(yīng)速度在24h內(nèi)逐漸降低到4. 2J/g· h，持續(xù)時(shí) 間6h至若干年。
經(jīng)過長時(shí)間(幾個月甚至幾年)的水化以后，多數(shù)顆粒仍剩余尚未水化的內(nèi)核。因此， 硬化后的水泥石是由凝膠體、未水化水泥顆粒和毛細(xì)孔組成的不均質(zhì)結(jié)構(gòu)體。 影響水泥凝結(jié)硬化的主要因素有：水泥熟料礦物組成、水泥的細(xì)度、石膏摻量、拌合 加水量、調(diào)凝外加劑、養(yǎng)護(hù)時(shí)間(齡期)、溫度和濕度等。石膏摻量必須適當(dāng)，過少起不到 緩凝作用;摻量過多時(shí)，過量的硫酸鈣所電離的Ca2+產(chǎn)生強(qiáng)烈的凝聚作用，造成促凝效 果，而且摻量過多，后期生成的鈣磯石將引起水泥石的膨脹破壞。