水泥水化過程的機(jī)理、測試及影響因素研究

王皇鋒 (陜西生態(tài)水泥股份有限公司,陜西 延安 727300)

1 水泥水化過程的相關(guān)機(jī)理

水泥的硬化是一個相當(dāng)復(fù)雜的化學(xué)物理變化，造成這種變化的相關(guān)原因在于水泥的熟料的本身有一定的特性存在，當(dāng)水泥遇到水之后，會出現(xiàn)水解和水化反應(yīng)，進(jìn)而生成水化產(chǎn)物，這些產(chǎn)物能夠依照特殊方式，將各種引力進(jìn)行相互鏈接，最終形成水泥石，進(jìn)而強(qiáng)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(gòu)成。上述物質(zhì)當(dāng)遇到水之后能夠起到水化反應(yīng)，但因?yàn)檫@些物質(zhì)本身和水產(chǎn)生的化合物，性質(zhì)有差異存在。其各個物質(zhì)的水化速度和強(qiáng)度也存在著迥異性。從水化速度上來看，上述四種物質(zhì)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(qiáng)度上來看，從弱到強(qiáng)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(qiáng)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(yīng)增快，進(jìn)而令水泥形成了早期強(qiáng)度，并產(chǎn)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(yīng)速度較慢，對于后期混凝土增強(qiáng)有著非常重要的作用，在發(fā)生水化反應(yīng)之后，會緩慢的釋放出一定的熱量，當(dāng)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(yīng)速率，在進(jìn)行反應(yīng)的相關(guān)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(zhì)有著難溶于水的特性，一般用于包裹水泥熟料，當(dāng)做保護(hù)膜使用，在根本上阻擋了水進(jìn)入到水泥中，令其水化反應(yīng)在根本上便面，進(jìn)而改變水泥快速凝結(jié)的情況出現(xiàn)。

2 水泥水化過程的相關(guān)測試

2.1 化學(xué)結(jié)合水法

該方式是一種對水泥水化程度進(jìn)行全面測試的一種常規(guī)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(huán)境在75度的低溫或者真空環(huán)境中，一些水泥會產(chǎn)生水化碳酸鈣凝膠體，AFm，Aft中的部分如結(jié)合水就開始了分解過程[1].在進(jìn)行實(shí)際測量的時候就會比原來的值小，進(jìn)而在根本上影響到了測量的精準(zhǔn)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(guān)原理是：水泥在特定的環(huán)境中會產(chǎn)生水化反應(yīng)，依照其相關(guān)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(jìn)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(jīng)水化的水泥放在標(biāo)準(zhǔn)酸中進(jìn)行全面溶解，之后將其溶解后的差進(jìn)行全面測量，這就是水泥在規(guī)定的期間內(nèi)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(guān)影響因素

3.1 氫鍵

水在生產(chǎn)的水泥的相關(guān)過程中，會產(chǎn)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(guān)反應(yīng)，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(jìn)而會形成水分子的締合物質(zhì)，依照水分子的這一相關(guān)特征，能夠在根本上將水結(jié)構(gòu)和相似作用，進(jìn)而在根本上改變混凝土的性能，在該物質(zhì)充分的溶解于水之后，會將已經(jīng)締合的水分子斷裂到最為基本的四面體性質(zhì)，進(jìn)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(jìn)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(jī)化合物質(zhì)中的羥基胺基氫原子中強(qiáng)烈的作用下，形成氫鍵，并產(chǎn)生相關(guān)結(jié)合體，在這種作用下，令水泥的強(qiáng)度在根本上得到了提升。

3.2 摻合料

硅粉，粉煤灰是當(dāng)前在混凝土工程中常見的摻和劑，因?yàn)樯鲜鰞煞N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(guān)影響也存在著極大的不同。粉煤灰的化學(xué)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(gòu)成。礦渣中的組成該部分和水泥熟料基本的礦物質(zhì)相同，均會和水泥產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，其中生石灰和美分不會，硅粉也會發(fā)生化學(xué)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(fā)生化學(xué)反應(yīng)的激發(fā)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(jìn)行全面降低，令水泥顆粒在根本上進(jìn)行擴(kuò)散，進(jìn)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(yīng)進(jìn)行研究。圖1將兩者之間的關(guān)系進(jìn)行了全面顯示。

圖1 摻減水劑試塊與標(biāo)準(zhǔn)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(jī)理研究[D].浙江大學(xué),2013.

[2]李高明.調(diào)凝劑對水泥水化歷程的調(diào)控及作用機(jī)理研究[D].武漢理工大學(xué),2011.