水泥是無機非金屬材料中用量最大的建筑材料之一，已成為當今世界第二大制品。自 1985 年起，中國水泥產(chǎn)量 21 年來一直雄居世界第一，到 2005 年，中國的水泥年產(chǎn)量已達 1.064 億噸，占世界水泥產(chǎn)量的 48% 左右。世界上水泥品種已達上百種，但硅酸鹽類水泥仍占主導地位。

 

水化反應

 

水泥的水化反應是一個極其復雜的過程，不僅包括孰料礦物的水化反應，還包括各種混合材的反應，此外，還涉及到微觀孔結構的形成以及水分傳輸?shù)倪^程。

 

硅酸鹽水泥的水化產(chǎn)物特性在水泥的水化反應研究中具有重要的意義。水化產(chǎn)物的成分性質(zhì)對水泥石后期強度的發(fā)展以及混凝土結構的強度發(fā)展具有決定性的影響。

 

硅酸鹽水泥與水作用后，生成的主要水化產(chǎn)物為水化硅酸鈣和水化鐵酸鈣凝肢，氫氧化鈣、水化鋁酸鈣和水化硫鋁酸鈣晶體。在完全水化的水泥石中，水化硅酸鈣約占 70%，氫氧化鈣約占 20% ，鈣磯石和單硫型硫鋁酸鈣約占 7%。下面對主要水化產(chǎn)物（水化硅酸鈣和氫氧化鈣）作一些介紹。

 

水化硅酸鈣

 

        

圖1 飛納電鏡下的水化硅酸鈣

 

水泥水化產(chǎn)物，從占有的比例和體積看，首推水化硅酸鈣（C-S-H 凝膠）。在水泥水化的后期，水泥水化反應漸趨減慢，各種水化產(chǎn)物逐漸填滿原來由水所占據(jù)的空間。

 

通過掃描電鏡圖像觀察，由于大量錨片狀、纖維狀 C-S-H 凝膠的交叉攀附，從而使原先分散的水泥顆粒及其水化產(chǎn)物連結起來，構成一個三維空間牢固結合較密實的整體，最終在水泥石硬化后構成水泥石強度。因此，水化硅酸鈣凝膠對水泥布的強度及其他主要性質(zhì)起支配作用。

 

氫氧化鈣

 

    

圖2 水泥水化產(chǎn)生的氫氧化鈣

 

水泥水化反應的過程中，除了生成水化硅酸鈣凝膠外，還會生成大量的氫氧化鈣（CH）。

 

CH 微溶于水，在溶液中的濃度很快達到過飽和，并立即以六方板狀或者方形晶體析出。

 

掃描電鏡拍攝到的水泥石圖像中的 CH 為層狀結構、方形、片狀形態(tài)，這使它對水泥石的強度貢獻極少，而其層間較弱的連接，也可能是水泥石受力時裂縫的發(fā)源地。

 

CH 的強度很低，穩(wěn)定性極差，在侵蝕條件下是首先遭到侵蝕的組分，而且它們多在水泥石和集料的界面處富集并結晶成粗大晶粒，因而界面的黏結被削弱，成為水泥基材料中最薄弱環(huán)節(jié)。

 

水泥是工業(yè)生產(chǎn)中最重要的原材料之一。水泥的水化反應過程是水泥發(fā)揮其各項性能的基礎，正確地理解水泥的水化反應對于充分發(fā)揮水泥效能，選擇合適的水泥使用條件，解決其在生產(chǎn)使用中各種問題具有重要意義。

 

參考文獻

 

陳永霞. 混凝土中水泥的水化過程及主要水化產(chǎn)物特性 [J]. 青海交通科技, 2013(3):5-6.