水泥水化机理

4.1水泥的水化机理

从化学角度来看,水泥的水化反应是一个复杂的溶解沉淀过程,在这一过程

中,与单一成分的水化反应不同,各组分以不同的反应速度同时进行水化反应,而且不同的矿物组分彼此之间存在着互相影响。水泥中最多的熟料矿物是硅酸盐化合物，是制约水泥水化性质及相关性能的关键组分。水泥中的硅酸盐熟料矿物的主要成分为硅酸三钙和硅酸二钙。

（1）硅酸三钙（C

3

S）的水化

硅酸三钙是水泥熟料中的含量最多的组分，通常占材料总量的50%左右，有时高达60 %。硅酸钙的水化产物的化学组成成分不稳定，常随着水相中钙离子的浓度、温度、使用的添加剂、养护程度而发生变化，而且形态不固定，通常称为“C-S-H”凝胶。

C

3

S在常温下发生水化反应，可大致用下列方程式表述：

硅酸三钙的水化速率很快，其水化过程根据水化放热速率随时间的变化，可

以将C

3

S的水化过程划分为五个阶段，各阶段的化学过程和动力学行为如表1.1所示。

表1.1 C

3

S水化各阶段的化学过程和动力学行为时期早期中期后期

反应阶段诱导前期诱导期加速期减速期稳定期

化学过程初始水解，

离子进入溶

液

继续溶解，

早期C-S-H

稳定水化产

物开始生长

水化产物继

续生长，微

结构发展

微结构组件

密实

动力学行为反应很快反应慢反应快反应变慢反应很慢（2）硅酸二钙的水化

C

2

S也是水泥主要熟料矿物组分之一，水化过程与C3S相似，也有诱导期、

加速期，但是水化速率特别慢。C

2

S的水化反应可大致用下列方程表述：

（3）铝酸三钙的水化

C

3

A是水泥熟料矿物的重要组分之一,其水化产物的组成与结构受溶液中的氧化铝、氧化钙浓度的影响很大，它对水泥的早期水化和浆体的流变性能起着重

要的作用。纯水中C

3A的水化：大量的研究结果表明，C

3

A遇水后能够立即在表

面形成一种具有六边形特征的初始胶凝物质粒子，开始时其结晶度很差也很薄，呈不规则卷层物，随着水化时间的推移，这些卷层物生长成结晶度较好的，成分

为C

4AH

19

和C

2

AH

8

济的六边形板状物。这种六边形水化物是亚稳的，并能转化成立

方形稳定的晶体颗粒。常温下C

3

A在纯水中的水化反应可用下式表示：

有石膏存在时C

3A的水化：在水泥浆体中，熟料中的C

3

A实际上是在和有石

膏存在的环境中水化的，C

3A在Ca(OH)

2

饱和溶液中的水化反应可以表述为

C 3A+CH+12H=C

3

AH

13

。当处于水泥浆体的碱性介质中时，C

3

AH

13

在室温下能稳定存在，

其数量增长也很快，这是水泥浆体产生瞬时凝结的主要原因之一。

（4）铁铝酸四钙的水化

铁铝酸四钙的水化与铝酸三钙的水化过程相似，只是反应速率很慢，而且产物是含铁和铝的共同产物。

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