关于硅酸盐水泥的水化和硬化

可以作为上述假说的一个论证。同时，
Ca(OH)2还会和硅酸根离子相结合，因而也可 作为C-S-H的晶核。较近的一些研究表明，诱
导期更可能是由于C-S-H的成核和生长受到延
缓的缘故。
斯卡尔内 (J.Skalng ）和杨（J. F.Young)
当与水接触后在C3S表面有晶格缺陷的部位即 活化点上很快发生水解， Ca2+和OH-进入溶液， 就在 C3S表面形成一个缺钙的‘富硅层”。接 着， Ca2+吸附到‘富硅层”表面形成双电层， 从而使C3S溶解受阻而出现诱导期。
二、硅酸三钙
1、水化反应 在常温下：
3 C a O S i O 2 n H 2 O = x C a O S i O 2 y H 2 O 3 - x C a O H 2
C 3 S n H = x C -S -H 3 -x C H
水化产物是水化硅酸钙和氢氧化钙。
2、水化过程
2、水化过程
关于硅酸盐水泥的水化和硬化
一、水泥熟料矿物的水化过程
水泥的水化：一种物质从无水状态变为含水状 态或从含水少的状态变为含水多的状态。
类型： 1、原物质不含水，与水作用后，变为含水化
合物。 2、原物质本身含一定量的水，与水作用后，
变为含水多的物质。 3、水解反应（加水分解）
（一）水泥熟料矿物的水化原因
保护膜理论
斯坦因(H.N.Stein)等人认为，诱导期是由于水化产 物形成了保护膜层。当保护膜破坏时，诱导期就结 束，即所谓“保护膜理论”。他们假设C3S在水中是 一致溶，最初生成的第一水化物C3SHn 很快就在 C3S周围形成了致密的保护膜层，从而阻碍了C3S 的 进一步水化，使放热变慢，向液相溶出Ca2+的速率 也相应降低，导致诱导期的开始。当第一水化物转 变为较易使离子通过的第二水化物(C/S≈0.8～1.5) 时，水化重新加速，较多的Ca2+和OH-进入液相达 到过饱和，并加快放热，诱导期即告结束。
中期水化产物
最初的产物，大部分生长在颗粒原始周界 以外由水所填充的空间，而后期的生长则 在颗粒原始周界以内的区域进行。这两部 分的 C-S-H ，即分别称为“外部产物”和 “内部产物”。随着内部产物的形成和发 展， C3S的水化即由减速期向稳定期转变， 逐渐进入水化后期。
3)、C3S的后期水化
泰勒（F.H.W Taylor）认为在水化过程中存在一个界面区， 并逐渐推向颗粒内部。水离解所成的 H+在内部产物中从一 个氧原子（或水分子）转移到另一个氧原子，一直到达 C3S并与之作用，其情况与C3S直接接触到水相差无几。而 界面区内部Ca2+和Si4+则通过内部产物向外迁移，转入 Ca(OH)2和外部C-S-H。因此，在界面区内是得到H+，失 去 Ca2+和Si4+，原子重新组排，从而使C3S转化成内部CS-H。如此，随着界面区的向内推进，水化继续进行。由 于空间限制及离子浓度的变化，作为内部产物的C-S-H， 在形貌和成分等方面和外部C-S-H会有所差异，通常是较 为密实。
另一方面，因双电层所形成的ζ电位，即使颗粒在 溶液中保持分散状态，一直到ζ电位下降接近于零 时，才会产生凝聚。由于C3S仍在缓慢水化，待溶 液中 Ca(OH)2浓度达到一定的过饱和度S-H 的沉淀析出；因为硅酸根离子比
Ca2+较难迁移，所以 C-S-H 的生长仅限于表面； Ca(OH)2的晶体开始可能也在 C3S表面生长，但有 些晶体会远离颗粒或在浆体的充水孔隙中形成。
内因：熟料单体矿物及熟料颗粒结构不稳定。 外因：加入极性分子，可使熟料中的离子配位
改变重排。
（二）、水泥的水化过程
水泥是一种多矿物组成的集合体，与水的相互 作用很复杂，不仅各矿物的水化过程 互不相 同，而且各矿物的水化又相互影响。 各矿物与水的作用，称为“一次水化作用” 水化物之间的相互作用称“二次水化作用” 在水泥的水化过程中，一次作用、二次作用是 交织在一起进行的。
上正电荷，形成双电层，因而C3S溶出Ca2+的 速度减慢，导致诱导期的产生。一直到液相中
的Ca2+和OH-缓慢增长，达到足够的过饱和度
（饱和度的1.5～2倍），才形成稳定的
Ca(OH)2晶核。
当生长到相当尺寸，且数量又足够多时，液相 中的Ca2+和OH-就迅速沉析出Ca(OH)2晶体， 促使C3S加快溶解，水化重又加速。由图8-1所 示液相中Ca2+浓度的最大值出现在诱导期末，
晶核形成延缓理论
另一派的学者则提出“晶核形成延缓理论”， 认为诱导期是由于氢氧化钙或C-S-H或者它们 两者的晶核形成和生长，都需要一定时间，从 而使水化延缓所致。
例如泰卓斯(M.E.Tadros）等认为C3S最初不 一致溶，主要是Ca2+和OH-溶出，液相中的
C/S比远高于3，使C3S表面变为缺钙的“富硅 层”。然后，Ca2+吸附到富硅的表面，使其带
2)、C3S 的中期水化
在 C3S 水化的加速期内，伴随着Ca(OH)2 及 C-S-H的形成和长大，液相中 Ca(OH)2 和 C-S-H的过饱和度降低，又会相应地使 Ca(OH)2和 C-S-H的生长速度逐渐变慢。 随着水化产物在颗粒周围的形成， C3S 的 水化也受到阻碍。因而，水化加速过程就 逐渐转入减速阶段。
4) 、减速期：反应速率随时间下降的阶段，约持 续12～24小时,水化作用逐渐受扩散速率的控制 。 水化中期
5)、稳定期：反应速率很低、基本稳定的阶段,水 化作用完全受扩散速率控制。有的文献上将4期与 5期合称为扩散控制期。
水化后期
1)、C3S的早期水化
硬化浆体的性能很多是在水化早期决定的；诱 导期终止的时间与初凝有着一定的关系，而终 凝则大致发生在加速期的中间阶段。各方面对 此进行了大量的研究，有关诱导期的本质也就 是诱导期的开始及结束的原因，存在着不少看 法。
1)、诱导前期：加水后立即发生急剧反应,但该 阶段时间很短,在15分钟以内结束。
2)、诱导期：这一阶段反应速率极其缓慢，又 称静止期,一般持续1～4 时,是硅酸盐水泥浆 体能在几小时内保持塑性的原因。初凝时间 基本上相当于诱导期的结束。
水化早期
3)、加速期：反应重新加快,反应速率随时间而增 长,出现第二个放热峰,在到达峰顶时本阶段即告 结束(4～8小时)。此时终凝已过,开始硬化。