水泥水化過程的機理、測試及影響因素研究

王皇鋒 (陜西生態水泥股份有限公司,陜西 延安 727300)

1 水泥水化過程的相關機理

水泥的硬化是一個相當復雜的化學物理變化，造成這種變化的相關原因在于水泥的熟料的本身有一定的特性存在，當水泥遇到水之后，會出現水解和水化反應，進而生成水化產物，這些產物能夠依照特殊方式，將各種引力進行相互鏈接，最終形成水泥石，進而強度和以往相比有所增加，硅酸鹽類水泥主要是由硅酸三鈣，硅酸二鈣與鐵鋁酸四鈣及鋁酸三鈣所構成。上述物質當遇到水之后能夠起到水化反應，但因為這些物質本身和水產生的化合物，性質有差異存在。其各個物質的水化速度和強度也存在著迥異性。從水化速度上來看，上述四種物質從慢到快排列分別是：硅酸二鈣，硅酸三鈣，鐵鋁酸四鈣，鋁酸三鈣。從水化物強度上來看，從弱到強分別是：鋁酸三鈣，鐵鋁酸四鈣，硅酸三鈣，硅酸二鈣。在早期的強度主要取決于硅酸三鈣與鋁酸三鈣。其根本原因如下：

硅酸三鈣遇到水之后，會生成氫氧化鈣與水化硅酸鈣。其遇到水之后反應增快，進而令水泥形成了早期強度，并產生一定的熱量。

硅酸二鈣遇到水之后，同樣會生成氫氧化鈣與水化硅酸鈣，但和硅酸三鈣相比，其水化的反應速度較慢，對于后期混凝土增強有著非常重要的作用，在發生水化反應之后，會緩慢的釋放出一定的熱量，當其氫氧化鈣含量減少的時候，能夠形成很多水化物。

鋁酸三鈣遇到水之后，會生成水化鋁酸鈣。有著非常快的反應速率，在進行反應的相關過程中，能夠釋放出大量的熱。

鐵鋁酸四鈣遇到水之后，會生成鈣礬石，該物質有著難溶于水的特性，一般用于包裹水泥熟料，當做保護膜使用，在根本上阻擋了水進入到水泥中，令其水化反應在根本上便面，進而改變水泥快速凝結的情況出現。

2 水泥水化過程的相關測試

2.1 化學結合水法

該方式是一種對水泥水化程度進行全面測試的一種常規方式，有著簡便易行的特征，但該方式有著一定的缺陷存在，那就是在攝氏度環境在75度的低溫或者真空環境中，一些水泥會產生水化碳酸鈣凝膠體，AFm，Aft中的部分如結合水就開始了分解過程[1].在進行實際測量的時候就會比原來的值小，進而在根本上影響到了測量的精準性。

2.2 水化熱方式

水泥的漿體水化熱測量方式主要包含了溶解熱和直接測量。相關原理是：水泥在特定的環境中會產生水化反應，依照其相關熱量的積蓄與散失的總量來測定水泥的水化熱程度[3]。溶解法是依照蓋斯定律所進行的，它能夠在熱量周圍溫度一定的條件之下，將沒有水化和已經水化的水泥放在標準酸中進行全面溶解，之后將其溶解后的差進行全面測量，這就是水泥在規定的期間內釋放出的水化熱，該方式僅僅適用于對普通水泥的測量。

3 水泥水化過程的相關影響因素

3.1 氫鍵

水在生產的水泥的相關過程中，會產生以下作用：

3.1.1 在根本上滿足了拌合水泥的需要。

3.1.2 能夠充分的滿足水和水泥的相關反應，H20中的氫根和氫氧根的健角的角度在105°，該鍵角會形成氫鍵，進而會形成水分子的締合物質，依照水分子的這一相關特征，能夠在根本上將水結構和相似作用，進而在根本上改變混凝土的性能，在該物質充分的溶解于水之后，會將已經締合的水分子斷裂到最為基本的四面體性質，進而和水泥的硅氧四面體形成水化合物。通過這種方式，能夠在根本上將水的利用率進行全面提升，同時也提升了水泥熟料的礦物水化率。在添加劑中的水溶性有機化合物質中的羥基胺基氫原子中強烈的作用下，形成氫鍵，并產生相關結合體，在這種作用下，令水泥的強度在根本上得到了提升。

3.2 摻合料

硅粉，粉煤灰是當前在混凝土工程中常見的摻和劑，因為上述兩種摻和料在組成方面有著查一次那個存在，令水泥在與水化熱的過程中，所造成的相關影響也存在著極大的不同。粉煤灰的化學組成是二氧化硅，三氧化二鋁，二氧化三鐵。而硅粉則主要是由二氧化硅構成。礦渣中的組成該部分和水泥熟料基本的礦物質相同，均會和水泥產生化學反應，其中生石灰和美分不會，硅粉也會發生化學變化，將這些摻和料加入到水泥中，能夠在根本上將其耐久度提升，除此之外，氫氧化鈣也是令礦渣發生化學反應的激發劑，令礦渣能夠全面水化，最終生成有水硬活性的凝膠體。

3.3 外加劑

利用減水劑為例子，該外加劑一般是陰離子表面活性劑，能夠在根本上將水的表面張力進行全面降低，令水泥顆粒在根本上進行擴散，進而減少用水量。對整個水化過程造成影響。為了在根本上將減水劑的水化反應進行研究。圖1將兩者之間的關系進行了全面顯示。

圖1 摻減水劑試塊與標準試塊的抗壓情況對比

[1]徐慶磊.納米二氧化硅對水泥基材料性能的影響及作用機理研究[D].浙江大學,2013.

[2]李高明.調凝劑對水泥水化歷程的調控及作用機理研究[D].武漢理工大學,2011.