水泥粘结剂砂的硬化机理是什么？

水泥的硬化过程是十分复杂的物理化学过程。水泥与水充分混合后,其中的各种矿物组分都与水发生水合作用,形成水合物,并放出大量的水合热。水泥的硬化过程大致可分为三个阶段:

第一阶段:水泥颗粒的表面层与水发生反应,生成硅酸二钙水合物和氢氧化钙,其反应式为

2CaO·SiO₂+2H₂ O=2CaO·SiO₂·H₂ O

2CaO·SiO₂+2H₂ O=CaO·SiO₂·H₂ O+Ca(OH)₂

铝酸三钙水合生成六水铝酸三钙:

3CaO·Al₂ O₃+6H₂ O=3CaO·Al₂ O₃·6H₂ O

生成的水合硅酸钙是不溶于水的,成为胶体状态。二水合生成的氢氧化钙,最初是溶于水的,但由于其溶解度不大,随着Ca(OH)2量的不断增加,而形成Ca(OH)2的饱和溶液。(www.xing528.com)

第二阶段:Ca(OH)2从水泥糊状物和Ca(OH)2饱和溶液呈非晶体析出,包围水泥颗粒,并将其粘合在一起。

第三阶段:形成一种针状结晶。水化铝酸三钙也由于溶解度不大而生成片状结晶体,于是氢氧化钙晶体与水合铝酸三钙晶体交织成一种相互交错的结构,和水合硅酸钙等物质变成凝胶填充在这种结构里面,进一步增加了水泥的结构强度。

水泥砂在混制好的3～4h内,由于水合反应才开始,水合生成物不多,且未形成凝胶,故水泥砂湿强度低,而流动性好。当水合物达到一定数量后,才开始形成凝胶,水泥砂型强度逐渐增加。由于气温不同,水泥砂型要经过十几小时或更长的时间才能达到所要求的强度,而水泥全部水合硬化,则需持续更长的时间。

为加快硬化速度,通过加入速凝剂、缓凝剂可以调节水泥砂的硬化速度。例如,加入氯化钙、糖浆、氢氧化钙、氯化锂等,可起到速凝作用；加入硅酸钠、硼酸、柠檬酸等,可起到缓凝作用。

另外,可以通过加入木质磺酸钙、甲基双萘磺酸钠(商品名NNO)等减水剂,降低型砂的含水量,提高砂型表面强度。水泥与聚乙烯醇混合使用,型砂同时具有良好的自硬特性和溃散性。

水泥的矿物组成、细度对水泥的强度都有影响。