浅析硅酸盐水泥的水化及凝结硬化

张鹏

清水河县蒙西水泥有限公司 011600

摘要：硅酸盐水泥比其他普通水泥的耐冻性好、水化程度高、强度高。但不能够忽视硅酸盐水泥的水化问题，否则会引起建筑的损坏。本文以此为例，针对其强度形成过程中水化以及凝结过程进行了分析和总结，并且归纳了硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素，希望可以给相关工作的开展提供一些参考。

关键词：硅酸盐水泥；生产工艺；矿物组成；水化；凝结硬化

硅酸盐水泥是通用硅酸盐水泥中应用最多的一个类型。结合我国最新标准的说明，凡是有硅酸盐水泥熟料以及石灰石、石膏组成的水硬性胶凝材料均可称为硅酸盐水泥，其在国外则称为波特兰水泥。

1硅酸盐水泥的水化

硅酸盐水泥的水化过程不仅是一系列的物理变化过程，还是一系列的化学变化过程。通常来说，硅酸盐水泥的水化过程就是水泥原料中的石膏、水和熟剂之间相互反应、相互作用，从而使水泥硬化、岩化的过程，分为水化过程—凝结过程—硬化过程三步。

1.1硅酸盐水泥水化过程的宏观简述

加水搅拌之后，硅酸盐水泥会转化为一种可塑性极强的水泥浆体，且这种水泥浆体的可塑性会随着时间而渐渐丧失，这个过程叫做凝结过程。之后，水泥浆体的硬度逐渐升高，最终成为水泥石，这是硬化过程。必须要注意的一点是，水泥浆体的凝结过程与硬化过程是人为地加以区分的一个持续的过程。在硅酸盐水泥的反应工程当中反应速度最快、水化反应放热最多的是铝酸三钙和硅酸三钙。但是经过水化反应的铝酸三钙会形成以立方晶体形式出现的氯酸钙，而硅酸三钙会形成以胶体微粒形式出现的硅酸钙，并且氯酸钙和硅酸钙都不溶于水。硅酸盐水泥中的硅酸二钙、化铁酸一钙和铁铝酸四钙等物质和水的反应加快，但水化反应的放热较少，形成的物质和铝酸三钙、硅酸三钙与水反应之后现成的物质没有什么差别。

1.2硅酸盐水泥水化过程的微观角度简述

加水搅拌之后，未水化的硅酸盐水泥颗粒会在水中分散开来，硅酸盐水泥会转变为水泥浆体，一些未能水化的颗粒物质会漂浮在水泥浆体中。硅酸盐水泥浆体的水化反应最现实在这些漂浮这的颗粒物质的表面进行的，经过水化反应后，形成溶于水的水化物。这些漂浮着的颗粒物质周围的水泥浆体会随着时间的推移而完全水化，形成可溶于水的水化物，随着水化反应的不断进行，水泥可以四周的溶液将迅速成为水化物的饱和溶液。水化物中的硫铝酸钙和氢氧化钙等结晶物质都不可溶于水中，最后形成凝胶体，而不断加剧的水泥浆体水化过程会破坏这些凝胶体，使得水泥浆体的粘稠性增加，最终失去塑性，水泥浆体凝结。而水泥浆体的密度随着水泥浆体的凝结过程加剧而不断提升，水泥浆体最终硬化成型。

2硅酸盐水泥的凝结硬化

水泥在水化同时，发生着一系列连续复杂的物理化学变化，水泥浆逐渐凝结硬化。一般可将水泥凝结硬化过程划分为四个阶段：

（1）初始反应期：水泥与水拌合后，水泥颗粒分散在水中，成为水泥浆。

（2）诱导期：水化初期生成的产物迅速扩散到水中，很快使水泥颗粒周围的溶液成为水化产物的饱和溶液，同时水化产物在水泥颗粒表面形成水化物膜层，这层膜减缓了外部水分向内渗入和水化物向外扩散的速度，同时膜层不断增厚，使水泥水化速度变慢。此阶段称为“潜伏期”或“诱导期”，持续时间一般1h。

（3）凝结期：随着水化反应的继续进行，包裹在水泥颗粒表面的水化物膜层增厚，使原来水泥颗粒间被水所占的空间逐渐变小，包有凝胶体的水泥颗粒逐渐接近，以至相互接触，凝结成多孔的网状结构，使水泥浆的稠度提高，失去可塑性，开始产生强度，这个阶段称为“凝结期”，持续时间一般6h。

（4）硬化期：随着水化产物的不断增多，结晶体和凝胶体形成的网状结构逐渐紧密，颗粒之间的毛细孔逐渐变小，使浆体强度不断发展，这一阶段称为“硬化期”，持续时间一般6h。由上述可知，水泥的水化反应是由颗粒表面逐渐深入内层的。这个反应开始时较快，以后由于形成的凝胶体膜使水分透入越来越困难，水化反应也越来越慢。实际上，较粗的水泥颗粒，其内部将长期不能完全水化。因此，水化后的水泥是由凝胶体（包括凝胶及晶体）、未完全水化的水泥颗粒内核及毛细孔（包括其中的游离水分及水分蒸发后形成的气孔）等组成。

3硅酸盐水泥凝结硬化的主要影响要素3影响硅酸盐水泥凝结硬化的因素

3.1石膏含量

因为硅酸盐水泥中的铝酸三钙可以和石膏产生化学反应，生成不溶于水的晶体硫铝酸钙，所以为调节水泥的凝结、硬化程度和速度，可以在硅酸盐水泥水化过程中适当的加入一些石膏。但必须要注意不可添加过量，以免影响水泥的稳定性。

3.2水泥颗粒粒径大小

水泥颗粒粒径越大，则会使颗粒表面同水的接触面积越小，减缓水化过程速度，影响水泥浆体凝结硬化的速度，降低凝结核硬化。因此，应当尽可能地减小硅酸盐水泥颗粒的粒径。

3.3湿度和温度

对硅酸盐水泥凝结硬化影响最大的是湿度和温度。湿度对于硅酸盐水泥水化的影响主要体现在早期阶段，对于后期阶段的影响并不大。而过高的温度则会使水泥的水化反应过程加快，短时间内实现水泥硬度的最大化，但水泥硬度在后期有可能会降低；适当的低温环境下的水泥硬化速度缓慢，但形成的水化物较为致密，使得硅酸盐水泥的最终强度较高；但过低的温度会减缓硅酸盐水泥的水化反应速度，甚至使得水泥水化的停止，浆体中的水分结冰膨胀，使得水泥受冻开裂。

3.4水泥养护时间

硅酸盐水泥的水化程度会随着时间的推移而不断增大，水化物含量也在不断地增加。所以，一般水泥石的强度在28d内发展最快，超过28d之后的硅酸盐水泥石强度发展速度明显减缓。

4硅酸盐水泥的水化问题及解决措施

4.1水化过程早期硬度较低

因为添加到硅酸盐水泥中的高炉矿渣经过了粒化，所以降低了水泥中的铝酸三钙和硅酸三钙的含量，这使得水化过程早期的硅酸盐水泥硬度比普通水泥要低。但是经过一段时间之后，形成水硬化合物，硅酸盐水泥的硬度也在不断地增强，一个月之后，硅酸盐水泥的硬度便和普通水泥硬度没有差别了。在施工过程中，要做好一些措施，才能在水泥水化早期避免硬度偏低，如合理安排建筑施工顺序，确保养护时间充足，或是避免硅酸盐水泥中的氢氧化钙和空气中的二氧化碳发生反应，以防出现地表起皮、墙体脱落的现象。

4.2泌水性

在所有的水泥施工中，都无法避免水泥的泌水性这个问题，但在施工过程中，硅酸盐水泥的泌水性比普通水泥更大。首先，可以在进行硅酸盐水泥的施工过程中，为消除硅酸盐水泥的泌水性，通常会将矿渣添加到硅酸盐水泥中，将其制成干性或半干性的水泥浆体。其次，在进行楼房建筑的地面施工时，为减少泌水性对工程施工的影响，可以采取控制压光时间、控制水灰比例的方法，这样不仅能够控制水泥浆体的收缩量，还可以提高楼房建筑地面的水泥浆体的强度与硬度。

5结束语

经过前文总结，我们不难发现，水泥强度形成过程中，最为重要的两个阶段是凝结硬化以及水化过程，所以这就需要我们对水化和凝结硬化的过程有一个充分的了解，能够准确把握其影响因素，这样才能避免给水泥硬化过程带来消极因素，进而保证水泥的强度质量。本文针对上述问题进行了简要分析，希望可以给相关工作的开展提供一些参考。

参考文献

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