第二篇第二章第六节 水泥浆体凝结硬化分解

经过长期探索，人们终于得知，一切材料都具有时间效应，于是出现 了流变学。

流变学研究内容

流变学研究内容是各种材料的蠕变和应力松弛的现象、屈服值以及材 料的流变模型和本构方程。 当作用在材料上的剪应力小于某一数值时，材料仅产生弹性形变；而 当剪应力大于该数值时，材料将产生部分或完全永久变形。则此数值 就是这种材料的屈服值。屈服值标志着材料有完全弹性进入具有流动 现象的界限值，所以又称弹性极限、屈服极限或流动极限。 在不同物理条件下(如温度、压力、湿度、辐射、电磁场等)，以应力、 应变和时间的物理变量来定量描述材料的状态的方程，叫作流变状态 方程或本构方程。 材料的流变特性一般可用两种方法来模拟，即力学模型和物理模型。



1. 结晶理论
1882年H. Lechateier提出结晶理论。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。
水泥水化、硬化的过程如下：水泥中各熟料矿物首先溶解于水，与水 反应，生成的水化产物由于溶解度小于反应物，所以结晶沉淀出来。 随后熟料矿物继续溶解，水化产物不断结晶沉淀。沉淀后水化产物的 结晶交联而凝结、硬化。 缺点：难以理解溶解、扩散、凝聚过程没有干扰。因为水泥浆体中的 水量有限，生成物难以扩散，在颗粒表面凝聚后，阻止颗粒进一步与 水接触，就不存在溶解的条件。




2. 胶体理论
1892年，W. Michaelis提出胶体理论。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。

与结晶理论的差别：不需要经过矿物溶解于水的阶段，而 是固相直接与水反应生成水化产物，即所谓局部化学反应。
然后，通过水分的扩散作用，使反应界面由颗粒表面向内 延伸，继续进行水化。所以，凝结硬化是胶体凝聚成刚性 凝胶的过程。

缺点：不能完整地说明水化过程。


3. 凝聚-结晶理论
列宾捷尔最先提出该理论。 水泥水化初期生成了许多胶体大小范围的晶粒如CSH(B)和一些大的晶粒如
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地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。（即凝聚为主）

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（主要是化学键）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。（即结晶为主）

或分别称为诱导期、凝结期和硬化期。（P74图2-2-6-3）。

第一阶段，大约在水泥拌水起到初凝时为止，C3S 和水迅速反应生成 Ca(OH)2饱和溶液，并从中析出Ca(OH)2晶体。同时，石膏也很快进入 溶液和 C3A 反应生成微小的钙矾石晶体。在这一阶段，由于水化产物 尺寸细小，数量又少，不足以在颗粒间架桥相联，网状结构未能形成， 水泥浆呈塑性状态。


二、水泥凝结硬化原理
要回答两个问题：
（1）水泥的水化如何先后进行，即各种水化产物如何先 后出现。
（2）各种小的水化产物粒子如何连接成整体（如网状结

构）（注：只要能连接成整体，那么就能将粗或细的集料 包裹在其中）
水泥凝结硬化理论
1. 结晶理论 2. 胶体理论 3. 凝聚-结晶理论 4. 三阶段理论
第六节 水泥浆体凝结硬化
6-1 凝结硬化理论 6-2 水泥浆体的流变性质

6-1水泥浆体的流变性质

一、水泥凝结硬化定义： 水泥与水拌和后，形成的浆体最初具有可 塑性和流动性。随着时间的推迟、水化反 应的不断进行，浆体逐渐失去流动能力， 转变成具有一定强度的石状体，这个过程 称作水泥凝结硬化。

流变学发展简史：

流变学出现在20世纪20年代。学者们在研究橡胶、塑料、混凝土等材 料的性质过程中，发现使用古典弹性理论、塑性理论和牛顿流体理论 已不能说明这些材料的复杂特性，于是就产生了流变学的思想。英国 物理学家麦克斯韦和开尔文很早就认识到材料的变化与时间存在紧密 联系的时间效应。

麦克斯韦在1869年发现，材料可以是弹性的，又可以是粘性的。对于 粘性材料，应力不能保持恒定，而是以某一速率减小到零，其速率取 决于施加的起始应力值和材料的性质。这种现象称为应力松弛。许多 学者还发现，应力虽然不变，材料棒却可随时间继续的异同？
6-2 水泥浆体的流变性质
第一部分 流变学简介 第二部分 流变性质 第三部分 流变学模型

第一部分 流变学简介

定义：流变学是力学的一个新分支，它主要研究物理材料 在应力、应变、温度湿度、辐射等条件下与时间因素有关 的变形和流动的规律。 一般不包括对于符合虎克定律的弹性体以及符合牛顿流体 定律的流体（常见的包括水和空气）的研究。

第二阶段，大约从初凝起至24h 为止，水泥水化开始迅速，生成较多 的Ca(OH)2和钙矾石晶体。同时水泥颗粒上长出纤维状的C-S-H。在这 个阶段，由于钙矾石晶体的长大以及 C-S-H 的大量形成，产生强（结 晶的、）、弱（凝聚的）不等的接触点，将各颗粒初步连接成网，而 使水泥浆凝结，随着接触点数目的增加，网状结构不断加强，强度相 应增长，原来剩留在颗粒间空间中的非结合水，就逐渐被分割成各种 尺寸的水滴，填充在相应大小的空隙之中。 第三阶段，是指24h 之后，直到水化结束。在一般情况下，石膏已经 耗完，所以钙矾石开始转化为单硫型水化硫铝酸钙，还可能会形成 C4(A 、 F)H13, 随 着 水 化 进 行 ， C-S-H 、 Ca(OH)2 、 C3A 、 C4(A 、 F)H13 等水化产物的数量不断增加，结构更趋致密，强度相应提高。

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，水泥浆体的强度也不断得到增长。


4. 三阶段理论
F.W. Locher提出该理论。实际上，该理论与前面介绍凝 聚-结晶理论比较接近。 将水泥的凝结硬化分为三个阶段，即水泥浆悬浮体结构阶 段、水泥浆凝聚结构阶段、水泥浆的凝聚、结晶结构阶段，