混凝土凝固的機理

1、混凝土凝固的機理當(dāng)水泥與適量的水調(diào)和時， 開始形成的是一種可塑性的漿體， 具有可加工性。 隨著時間的推移， 漿體逐漸失去了可塑性， 變成不能流動的緊密的狀態(tài)， 此后漿 體的強度逐漸增加， 直到最后能變成具有相當(dāng)強度的石狀固體。 如果原先還摻有 集合料如砂、 石子等，水泥就會把它們膠結(jié)在一起， 變成堅固的整體， 即我們常 說的混凝土。 這整個過程我們把它叫做水泥的凝結(jié)和硬化。 從物理、 化學(xué)觀點來 看，凝結(jié)和硬化是連續(xù)進(jìn)行的、不可截然分開的一個過程，凝結(jié)是硬化的基礎(chǔ)， 硬化是凝結(jié)的繼續(xù)。 但是在施工中為了保證施工質(zhì)量， 要求在水泥漿體失去其可 塑性以前必須結(jié)束施工， 因此人們根據(jù)需要以及水泥漿體

2、的這個特性， 人為地將 這整個過程劃分為凝結(jié)和硬化兩個過程。 凝結(jié)是指水泥漿體從可塑性變成非可塑 性，并有很低的強度的過程； 硬化是指漿體強度逐漸提高能抵抗外來作用力的過 程。此外，對凝結(jié)過程還人為地進(jìn)一步劃分為初凝和終凝， 用加水后開始計算的 時間來表示。例如，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：普通硅酸鹽水泥初凝不得早于45min ，終凝不得遲于12h。使用時施工澆灌過程的時間，必須早于 45min；到終凝后，才能 脫去模板開始下一個周期生產(chǎn)。水泥的凝結(jié)和硬化， 是一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程， 其根本原因在于構(gòu)成水 泥熟料的礦物成分本身的特性。 水泥熟料礦物遇水后會發(fā)生水解或水化反應(yīng)而變 成水化物，由這些水化物按照

3、一定的方式靠多種引力相互搭接和聯(lián)結(jié)形成水泥石 的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致產(chǎn)生強度。普通硅酸鹽水泥 熟料主要是由 硅酸三鈣(3CaO SiO2)、硅酸二鈣(B -2CaOSiO2、鋁酸三鈣(3CaOAI2O3)和鐵鋁酸四鈣(4CaO AI2O3 Fe2O3) 四種礦物組成的，它們的相對含量大致為：硅酸三鈣3760%,硅酸二鈣1537%，鋁酸三鈣715%,鐵鋁酸四鈣1018%。這四種礦物遇水后均能起水化 反應(yīng)，但由于它們本身礦物結(jié)構(gòu)上的差異以及相應(yīng)水化產(chǎn)物性質(zhì)的不同， 各礦物 的水化速率和強度，也有很大的差異。按水化速率可排列成：鋁酸三鈣鐵鋁酸 四鈣硅酸三鈣硅酸二鈣。按最終強度可排列成：硅酸二鈣硅酸三鈣鐵鋁 酸

4、四鈣鋁酸三鈣。而水泥的凝結(jié)時間，早期強度主要取決于鋁酸三鈣和硅酸三鈣?，F(xiàn)分別簡述它們的水化反應(yīng)首先，介紹鋁酸三鈣。它的水化反應(yīng)可用下式表達(dá)。上述鋁酸三鈣的水化反應(yīng)如果進(jìn)行得很快， 會導(dǎo)致水泥的凝結(jié)過快而無法使 用，因此，一般在粉磨水泥時都摻有適量的二水石膏作為緩凝劑， 摻石膏后鋁酸 三鈣的水化反應(yīng)如下式所示。由于這個反應(yīng)就不會引起快凝。當(dāng)水泥中的石膏完全作用完后，還有多余3CaO AI2O3時將發(fā)生下列反應(yīng)。如果還有過量3CaO - AI2O3時，就會生成4CaO AI2O3 13H2O。在正常緩 凝的硅酸鹽水泥中，石膏摻入量能保證在漿體結(jié)硬以前，不會發(fā)生后兩個反應(yīng)。其次，談一下硅酸三鈣。它的

5、水化反應(yīng)可表示如下：由于CaOO.81.5SiO2 H2O0.25與天然的托勃莫來石很相似，因而稱它為 托勃莫來石，通常用CSH(B來表示。鐵鋁酸四鈣水化反應(yīng)和鋁酸三鈣相似， 而硅酸二鈣水化反應(yīng)和硅酸三鈣相似。 那么，這些水化產(chǎn)物怎樣會導(dǎo)致水泥漿結(jié)硬并產(chǎn)生強度呢？水泥凝結(jié)硬化的 機理究竟是什么？按結(jié)晶理論認(rèn)為水泥熟料礦物水化以后生成的晶體物質(zhì)相互 交錯，聚結(jié)在一起從而使整個物料凝結(jié)并硬化。 按膠體理論認(rèn)為水化后生成大量 的膠體物質(zhì)， 這些膠體物質(zhì)由于外部干燥失水， 或由于內(nèi)部未水化顆粒的繼續(xù)水 化，于是產(chǎn)生“內(nèi)吸作用”而失水，從而使膠體硬化。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特 別是X射線和電子顯微技術(shù)的應(yīng)

6、用，將這兩種理論統(tǒng)一起來，過去認(rèn)為水化硅 酸鈣CSH(B是膠體無定形的，實際上它是纖維狀晶體，只不過這些晶體非常細(xì)小， 處在膠體大小范圍內(nèi)， 比面積很大罷了。 所以現(xiàn)在比較統(tǒng)一的認(rèn)識是： 水泥水化 初期生成了許多膠體大小范圍的晶體如 CSH(B和一些大的晶體如Ca(OH)2包裹在 水泥顆粒表面，它們這些細(xì)小的固相質(zhì)點靠極弱的物理引力使彼此在接觸點處粘 結(jié)起來， 而連成一空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)， 叫做凝聚結(jié)構(gòu)。 由于這種結(jié)構(gòu)是靠較弱的引力 在接觸點進(jìn)行無秩序的連結(jié)在一起而形成的， 所以結(jié)構(gòu)的強度很低而有明顯的可塑性。以后隨著水化的繼續(xù)進(jìn)行，水泥顆粒表面不大穩(wěn)定的包裹層開始破壞而水 化反應(yīng)加速，從飽和的溶液中就析出新的、更穩(wěn)定的水化物晶體，這些晶體不斷 長大，依靠多種引力使彼此粘結(jié)在一起形成緊密的結(jié)構(gòu)，叫做結(jié)晶結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)比凝聚結(jié)構(gòu)的強度大得多。水泥漿體就是這樣獲得強度而硬化的。 隨后，水化 繼續(xù)進(jìn)行，從溶液中析出新的晶體和水化硅酸鈣凝膠不斷充滿在結(jié)構(gòu)的空間中， 水泥漿體的