第23卷第2期2009年3月长沙大学学报JOURNALOFCHANGSHAUNIVERSITYVol.23No.2Mar.2009水泥水化过程的机理、测试及影响因素＊马振珠1,岳汉威1,宋晓岚2(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.1水泥水化过程水泥的凝结和硬化,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:C3S水化生成水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙晶体.该水化反应的速度快,形成早期强度并产生早期水化热.C2S水化生成水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙晶体.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.C3A水化生成水化铝酸钙晶体.该水化反应速度极快,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.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相已不再是纯水,而是含有Ca2+、OH-、Al(OH)-4、SO2-4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(H2O)n.根据水的这一特点,可以选择分子结构与水相似、易形成氢键、物＊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,使水泥的强度也得到了提高[2].2.2掺合料粉煤灰、硅粉和矿渣是目前混凝土工程常用的掺和料.由于掺和料的矿物组成、细度等方面的差异,导致其对水泥水化热的影响存在较大不同.不同掺和料虽然在组成上存在一定的区别,但都具备“三大效应”,即火山灰效应、形态效应和微集料效应.粉煤灰的主要化学成分是SiO2、Al2O3和Fe2O3,硅粉的主要成分是Si...
