硅酸盐水泥的凝结硬化-建筑材料

（一）硅酸盐水泥的水化

水泥与水接触时，水泥中的各组分与水的反应称为水化。当水泥与水拌和后，其颗粒表面的熟料矿物与水发生化学反应，各组分开始溶解，形成水化物，并释放出一定热量，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。其化学反应式如下：2（3CaO·SiO2）+6H2O3CaO·SiO2·3H2O+3Ca（OH）2

硅酸盐水泥的水化过程很复杂，其水化产物也不是单一物质组成，而是一个有多种水化产物组成的集合体。水泥熟料中硅酸三钙水化较快，生成的水化硅酸钙（C—S—H）不溶于水，并立即以胶体微粒析出，并逐渐凝聚而成为C-S-H 凝胶。生成的氢氧化钙在溶液中的浓度很快达到过饱和，呈六方晶体析出。

铝酸三钙与水反应速度极快，水化反应析出大量的水化铝酸三钙立方晶体，该晶体在氢氧化钙饱和溶液中能与氢氧化钙反应生成六方片状的水化铝酸四钙，造成水泥快凝。

为了调节水泥的凝结时间，水泥中掺有适量石膏。在有石膏存在的情况下，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·Al2O3·3CaSO4·31H2O，俗称钙矾石）和单硫型水化硫铝酸钙晶体（3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O）。水化铝酸钙是难溶于水的针状晶体，它生成后即沉淀在熟料颗粒的周围，阻碍了水化的进行，起到缓凝的作用。

综上所述，硅酸盐水泥水化生成的主要水化产物有：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。在充分水化的水泥石中，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%。

（二）硅酸盐水泥的凝结与硬化

水泥加水拌和后形成具有可塑性的水泥浆，经过一定的时间，水泥浆体逐渐变稠失去塑性，但还不具备强度，这一过程称为水泥的凝结。凝结过程又分为初凝和终凝两个阶段。随着时间的延续，强度逐渐增加，形成坚硬的水泥石，这个过程称为水泥的硬化。凝结与硬化，是人为划分的两个阶段，实际上它们是水泥浆体中发生的一种连续而复杂的物理化学变化过程。水泥的水化、凝结及硬化是一个连续的过程，水化是前提，凝结、硬化是结果。

水泥颗粒的水化和凝结硬化是从水泥颗粒表面开始的，随着水化的进行，水泥颗粒内部的水化越来越困难，经过长时间水化后（几年甚至几十年），多数水泥颗粒仍剩余尚未水化的内核。所以，硬化后的水泥石结构是由水泥凝胶体（胶体与晶体）、未水化的水泥内核以及孔隙组成的，它们在不同时期相对数量的变化，决定着水泥石的性质。

水泥石强度发展的规律是：3～7 d 内强度增长最快，28 d 内强度增长较快，超过28 d 后强度将继续发展，但非常缓慢。因此一般把3 d、28 d 作为其强度等级评定的标准龄期。

（三）影响硅酸盐水泥的凝结硬化的主要因素

影响水泥水化和凝结硬化的直接因素是矿物组成。此外，水泥的水化和凝结硬化还与水泥的细度、拌和用水量、养护温湿度和养护龄期等有关。

1.熟料的矿物组成(www.xing528.com)

水泥中C3S 与C3A 的含量越多，其凝结硬化速度越快。

2.细度

水泥颗粒的粗细直接影响到水泥的水化和凝结硬化，因为水化是从水泥颗粒表面开始，逐渐深入到内部的。水泥颗粒越细，与水的接触表面积越大，整体水化反应越快，凝结硬化也快。

3.环境温度和湿度

温度越高，水泥的水化速度越快，强度增长越快，硬化也越快；温度较低时，硬化速度越慢，当温度降至0℃以下时，水结冰，硬化过程停止。而湿度是保障水泥凝结硬化的必要条件，因此砂浆及混凝土要在潮湿的环境下才能够充分的水化。所以说要想使水泥能够正常地水化、凝结及硬化，须保持适宜的温度、湿度。

4.石膏掺量

适宜的石膏掺入量是保障水泥正常凝结硬化的条件，掺入量少，起不到缓凝的作用，掺入量多则会导致水泥石的体积安定性不良。

5.养护龄期

水泥的水化和凝结硬化在一个较长时间内是一个不断进行的过程。早期水化速度快，强度发展也比较快，以后逐渐减慢。只要有适宜的环境，水泥的强度在几个月、几年甚至几十年，不会继续增长。

6.外加剂

在水泥中添加少量物质，能使水泥的某些性质发生显著改变，称为水泥的外加剂。其中一些外加剂能显著改变水泥的凝结硬化性能，如缓凝剂可延缓水泥的凝结时间，速凝剂可加速水泥的凝结，早强剂可提高水泥混凝土的早期强度。一般来说，混合材料的加入使得水泥的早期强度降低，但后期强度提高，凝结时间稍微延长，不同品种水泥的强度发展速度不同。