混凝土凝固的机理

1、混凝土凝固的机理当水泥与适量的水调和时， 开始形成的是一种可塑性的浆体， 具有可加工性。 随着时间的推移， 浆体逐渐失去了可塑性， 变成不能流动的紧密的状态， 此后浆 体的强度逐渐增加， 直到最后能变成具有相当强度的石状固体。 如果原先还掺有 集合料如砂、 石子等，水泥就会把它们胶结在一起， 变成坚固的整体， 即我们常 说的混凝土。 这整个过程我们把它叫做水泥的凝结和硬化。 从物理、 化学观点来 看，凝结和硬化是连续进行的、不可截然分开的一个过程，凝结是硬化的基础， 硬化是凝结的继续。 但是在施工中为了保证施工质量， 要求在水泥浆体失去其可 塑性以前必须结束施工， 因此人们根据需要以及水泥浆体

2、的这个特性， 人为地将 这整个过程划分为凝结和硬化两个过程。 凝结是指水泥浆体从可塑性变成非可塑 性，并有很低的强度的过程； 硬化是指浆体强度逐渐提高能抵抗外来作用力的过 程。此外，对凝结过程还人为地进一步划分为初凝和终凝， 用加水后开始计算的 时间来表示。例如，国家标准规定：普通硅酸盐水泥初凝不得早于45min ，终凝不得迟于12h。使用时施工浇灌过程的时间，必须早于 45min；到终凝后，才能 脱去模板开始下一个周期生产。水泥的凝结和硬化， 是一个复杂的物理化学过程， 其根本原因在于构成水 泥熟料的矿物成分本身的特性。 水泥熟料矿物遇水后会发生水解或水化反应而变 成水化物，由这些水化物按照

3、一定的方式靠多种引力相互搭接和联结形成水泥石 的结构，导致产生强度。普通硅酸盐水泥 熟料主要是由 硅酸三钙(3CaO SiO2)、硅酸二钙(B -2CaOSiO2、铝酸三钙(3CaOAI2O3)和铁铝酸四钙(4CaO AI2O3 Fe2O3) 四种矿物组成的，它们的相对含量大致为：硅酸三钙3760%,硅酸二钙1537%，铝酸三钙715%,铁铝酸四钙1018%。这四种矿物遇水后均能起水化 反应，但由于它们本身矿物结构上的差异以及相应水化产物性质的不同， 各矿物 的水化速率和强度，也有很大的差异。按水化速率可排列成：铝酸三钙铁铝酸 四钙硅酸三钙硅酸二钙。按最终强度可排列成：硅酸二钙硅酸三钙铁铝 酸

4、四钙铝酸三钙。而水泥的凝结时间，早期强度主要取决于铝酸三钙和硅酸三钙。现分别简述它们的水化反应首先，介绍铝酸三钙。它的水化反应可用下式表达。上述铝酸三钙的水化反应如果进行得很快， 会导致水泥的凝结过快而无法使 用，因此，一般在粉磨水泥时都掺有适量的二水石膏作为缓凝剂， 掺石膏后铝酸 三钙的水化反应如下式所示。由于这个反应就不会引起快凝。当水泥中的石膏完全作用完后，还有多余3CaO AI2O3时将发生下列反应。如果还有过量3CaO - AI2O3时，就会生成4CaO AI2O3 13H2O。在正常缓 凝的硅酸盐水泥中，石膏掺入量能保证在浆体结硬以前，不会发生后两个反应。其次，谈一下硅酸三钙。它的

5、水化反应可表示如下：由于CaOO.81.5SiO2 H2O0.25与天然的托勃莫来石很相似，因而称它为 托勃莫来石，通常用CSH(B来表示。铁铝酸四钙水化反应和铝酸三钙相似， 而硅酸二钙水化反应和硅酸三钙相似。 那么，这些水化产物怎样会导致水泥浆结硬并产生强度呢？水泥凝结硬化的 机理究竟是什么？按结晶理论认为水泥熟料矿物水化以后生成的晶体物质相互 交错，聚结在一起从而使整个物料凝结并硬化。 按胶体理论认为水化后生成大量 的胶体物质， 这些胶体物质由于外部干燥失水， 或由于内部未水化颗粒的继续水 化，于是产生“内吸作用”而失水，从而使胶体硬化。随着科学技术的发展，特 别是X射线和电子显微技术的应

6、用，将这两种理论统一起来，过去认为水化硅 酸钙CSH(B是胶体无定形的，实际上它是纤维状晶体，只不过这些晶体非常细小， 处在胶体大小范围内， 比面积很大罢了。 所以现在比较统一的认识是： 水泥水化 初期生成了许多胶体大小范围的晶体如 CSH(B和一些大的晶体如Ca(OH)2包裹在 水泥颗粒表面，它们这些细小的固相质点靠极弱的物理引力使彼此在接触点处粘 结起来， 而连成一空间网状结构， 叫做凝聚结构。 由于这种结构是靠较弱的引力 在接触点进行无秩序的连结在一起而形成的， 所以结构的强度很低而有明显的可塑性。以后随着水化的继续进行，水泥颗粒表面不大稳定的包裹层开始破坏而水 化反应加速，从饱和的溶液中就析出新的、更稳定的水化物晶体，这些晶体不断 长大，依靠多种引力使彼此粘结在一起形成紧密的结构，叫做结晶结构。这种结构比凝聚结构的强度大得多。水泥浆体就是这样获得强度而硬化的。 随后，水化 继续进行，从溶液中析出新的晶体和水化硅酸钙凝胶不断充满在结构的空间中， 水泥浆体的