1、硅酸三钙如何进行水化

硅酸三钙如何进行水化
硅酸三钙在水泥熟料中的含量约占50%，有时高达60%，因此，它的水化作用、水化产物及其所形成的结构，对硬化水泥浆体的性能有很重要的影响。

硅酸三钙在常温下的水化反应，大体上可用下面的方程式表示：
3CaO ·Si02＋nH 20＝xCa0·SiO 2·yH 20＋(3－x)Ca(0H)2
简写为： C 3S ＋nH ＝C-S-H ＋(3－x)CH
上式表明，其水化产物为C-S-H 凝
胶和氢氧化钙。

C-S-H 有时也被笼统地
称之为水化硅酸钙，它的组成不定，其
CaO/SiO 2摩尔比（简写成C/S ）和
H 20/SiO 2摩尔比（简写为H/S ）都在较
大范围内变动。

C-S-H 凝胶的组成与它
所处液相的Ca(OH)2浓度有关，如图1
所示。

当溶液的CaO 浓度小于1 mmol/L
时，生成氢氧化钙和硅酸凝胶。

当溶液
的Ca0浓度为1～2mmo1/L 时，生成水
化硅酸钙和硅酸凝胶。

当溶液的CaO 浓
度为2～20mmo1/L 时，生成C/S 比为
0.8～1.5的水化硅酸钙，其组成可用(0.8～1.5)Ca0⋅SiO 2⋅(0.5～2.5)H 2O 表示，称为C-S-H(Ⅰ)。

当溶液中CaO 的浓度饱和(即Ca0≥20mmo1/L)时，生成碱度
更高(C/S ＝1.5～2.0)的水化硅酸钙，一
般可用(1.5～2.0)CaO ⋅SiO 2⋅(1～4)H 2O 表示，称为C-S-H(Ⅱ)。

C-S-H(Ⅰ)和C-S-H(Ⅱ)的尺寸都非常小，接近于胶体范畴，在显微镜下，C-S-H(Ⅰ)为薄片状结构；而C-S-H(Ⅱ)为纤维状结构，象一束棒状或板状晶体，它的末端有典型的扫帚状结构。

氢氧化钙是一种具有固定组成的六方板状晶体。

硅酸三钙的水化速率很快，其
水化过程根据水化放热速率-时间
曲线(如图2)，可分为五个阶段：
1.初始水解期
加水后立即发生急剧反应迅
速放热，Ca 2+和OH ˉ迅速从C 3S
粒子表面释放，几分钟内pH 值上
升超过12，溶液具有强碱性，此
阶段约在15min 内结束。

2.诱导期
此阶段水解反应很慢，又称为
静止期或潜伏期。

一般维持2～
4h ，是硅酸盐水泥能在几小时内保
持塑性的原因。

3.加速期
反应重新加快，反应速率随时 溶液中CaO 的浓度(mmol/L) 图1 水化硅酸钙与溶液间的平衡 水化时间 图2 C 3S 水化放热速率和Ca 2+浓度变化曲线 Ⅰ—初始水解期；Ⅱ—诱导期；Ⅲ—加速期；
Ⅳ—衰减期；Ⅴ—稳定期
间而增长，出现第二个放热峰，在峰顶达最大反应速率，相应为最大放热速率。

加速期处于4～8h，然后开始早期硬化。

4.衰减期
反应速率随时间下降，又称减速期，处于12～24h。

由于水化产物CH和C-S-H从溶液中结晶出来而在C3S表面形成包裹层，故水化作用受水通过产物层的扩散控制而变慢。

5.稳定期
是反应速率很低并基本稳定的阶
段，水化完全受扩散速率控制。

由此可见，在加水初期，水化反
应非常迅速，但反应速率很快就变得
相当缓慢，这就是进入了诱导期。

在
诱导期末水化反应重新加速，生成较
多的水化产物，然后水化速率即随时
间的增长而逐渐下降。

影响诱导期长
短的因素较多，主要有水固比、C3S
的细度、水化温度以及外加剂等。

诱
导期的终止时间与初凝时间有一定的关系，而终凝时间则大致发生在加速期的中间阶段。

图3为C3S各水化阶段的示意图。

图3 C3S水化各阶段的示意图
Ⅰ—初始水解期；Ⅱ—诱导期；Ⅲ—加速期；Ⅳ—衰减期；Ⅴ—稳定期。