硅酸鹽工藝學(xué)課件：第六章 硅酸鹽水泥的水化與硬化

1、第六章 硅酸鹽水泥的水化與硬化水泥熟料單礦物的水化硅酸鹽水泥的水化水化速率硬化水泥漿體 水泥用適量的水拌和后，形成能粘結(jié)砂石集料的可塑性漿體，隨后逐漸失去塑性而凝結(jié)硬化為具有一定強(qiáng)度的石狀體。在此過程中，伴隨著水化放熱、體積變化和強(qiáng)度增長等現(xiàn)象，這說明水泥拌水后產(chǎn)生了一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)變化。為了更好地應(yīng)用水泥，必須了解水化硬化過程的機(jī)理，以便控制和改善水泥的性能。由于水泥熟料是多種礦物的集合體，與水的作用比較復(fù)雜，因此先分析水泥單礦物的水化反應(yīng)，然后再探討水泥總的水化硬化過程。熟料礦物水化的原因硅酸鹽水泥熟料礦物結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性熟料燒成后的快速冷卻，保留了高溫介穩(wěn)狀態(tài)的晶體結(jié)構(gòu)工業(yè)熟料中的礦

2、物不是純的C3S、C2S等，而是Alite和Belite等有限固溶體微量元素的固溶使晶格排列的規(guī)律性受到影響熟料礦物中鈣離子氧離子配位不規(guī)則，晶體結(jié)構(gòu)有“空洞”，易于水化反應(yīng)。C3S：結(jié)構(gòu)中鈣離子的配位數(shù)為6，但配位不規(guī)則，有5個氧離子在一側(cè)，另一側(cè)只有1個氧離子，在氧離子少的一個形成“空洞”，使水容易進(jìn)入發(fā)生反應(yīng)；-C2S：鈣離子的配位數(shù)有一半是6，一半是8，其中氧離子與鈣離子的距離不等，配位不規(guī)則，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，可以水化，但速度較慢。-C2S：幾乎是惰性的，鈣離子的配位數(shù)為6,6個氧離子等距離地排列在鈣離子的周圍，形成八面體，結(jié)構(gòu)無“空洞”，無水硬性。C3A：鋁的配位數(shù)為4和6，而鈣離子的配

3、位數(shù)為6和9，配位數(shù)為9的鈣離子周圍的氧離子排列極不規(guī)則，距離不等，結(jié)構(gòu)有巨大的“空洞”，故水化較快。C4AF：結(jié)構(gòu)也有“空洞”，也較易水化。硅酸三鈣的水化 硅酸三鈣在水泥熟料中的含量約占50，有時高達(dá)60。因此它的水化作用、產(chǎn)物及其所形成的結(jié)構(gòu)對硬化水泥漿體的性能有很重要的影響。6.1 水泥熟料單礦物的水化在常溫下，C3S水化方程式:上式表明，其水化產(chǎn)物為C-S-H凝膠和氫氧化鈣，C-S-H 有時也被籠統(tǒng)地稱之為水化硅酸鈣，它的組成不定(其字母之間的橫線就表示組成不定)，其CaOSiO2分子比(簡寫成CS)和H2OSiO2分子比(簡寫為HS)都在較大范圍內(nèi)變動。3CaO SiO2+nH2O=

4、xCaO SiO2 yH2O+(3-x)Ca(OH)2C3S+nH=C-S-H+(3-x)CH簡寫為：水化產(chǎn)物為C-S-H凝膠的組成與它所處液相Ca(OH)2濃度有關(guān)C3S的水化過程C3S水化放熱速率和Ca2+濃度變化曲線.誘導(dǎo)期：水化反應(yīng)速率極其緩慢，一般持續(xù)2-4h，又稱靜止期或潛伏期，此時水泥漿體保持塑性，初凝時間基本上等于誘導(dǎo)期結(jié)束。.加速期：反應(yīng)重新加快，反應(yīng)速率隨時間而增長，出現(xiàn)第二個放熱峰，到達(dá)峰頂時該階段結(jié)束。時間4-8h，此時終凝已過，開始硬化。 .誘導(dǎo)前期：加水后急劇反應(yīng)迅速放熱，Ca2+和OH-迅速從C3S表面釋放，幾分鐘內(nèi)PH上升大于12，溶液具有強(qiáng)堿性，此階段在15m

5、in內(nèi)結(jié)束。. 減速期：反應(yīng)速率隨時間下降的階段，持續(xù)約12-24h，水化產(chǎn)物CH和C-S-H從溶液中結(jié)晶出來，包裹在C3S表面，故水化作用受水通過產(chǎn)物層的擴(kuò)散速率控制。. 穩(wěn)定期：反應(yīng)速率很低，基本穩(wěn)定的階段，水化作用完全受擴(kuò)散速率控制。 將誘導(dǎo)前期和誘導(dǎo)期合并稱為水化早期，加速期和減速期為水化中期，而穩(wěn)定期則稱為水化后期。（1）C3S的早期水化(綜合觀點(diǎn))當(dāng)C3S與水接觸后，在C3S表面有晶格缺陷的部位即活化點(diǎn)上很快發(fā)生水解，使Ca2+和OH-進(jìn)入溶液，而在C3S表面形成缺鈣“富硅層”，接著，Ca2+吸附到“富硅層”表面形成雙電層，導(dǎo)致C3S溶解受阻產(chǎn)生誘導(dǎo)期。另外，由于C3S仍在緩慢水化

6、，待溶液中Ca(OH)2濃度達(dá)到一定過飽和度時， Ca(OH)2析晶，雙電層作用減弱或消失，促進(jìn)C3S的溶解，誘導(dǎo)期結(jié)束。水化產(chǎn)物：Ca(OH)2的晶體開始可能在C3S表面生長，但有些晶體會遠(yuǎn)離顆?；蛟跐{體的充水孔隙中形成。由于硅酸根離子比Ca2+較難遷移，C-S-H的生長僅限于表面；在C3S水化的加速期內(nèi)，伴隨著Ca(OH)2及C-S-H的形成和長大，液相中Ca(OH)2和C-S-H的過飽和度降低，又會相應(yīng)地使Ca(OH)2和C-S-H的生長速度逐漸變慢。隨著水化產(chǎn)物在顆粒周圍的形成，C3S的水化也受到阻礙。因而，水化加速過程就逐漸轉(zhuǎn)入減速階段。（2）C3S的中期水化水化產(chǎn)物：外部產(chǎn)物：最初

7、的產(chǎn)物，大部分生長在顆粒原始周界以外由水所填充的空間內(nèi)部產(chǎn)物：在顆粒原始周界以內(nèi)的區(qū)域進(jìn)行。泰勒認(rèn)為：C3S的后期水化過程中，存在一個界面區(qū)，并逐漸推向顆粒內(nèi)部。水離解所成的H+在內(nèi)部產(chǎn)物中從一個氧原子轉(zhuǎn)移到另一個氧原子，一直到達(dá)C3S并與之作用，界面區(qū)內(nèi)部Ca2+和Si4+則通過內(nèi)部產(chǎn)物向外遷移，形成Ca(OH)2和外部C-S-H。因此，在界面區(qū)內(nèi)得到H+，失去Ca2+和Si4+ ，離子重新組排，從而使得C3S轉(zhuǎn)化成內(nèi)部C-S-H。隨著界面區(qū)的向內(nèi)推進(jìn)，水化繼續(xù)進(jìn)行。由于空間限制及離子濃度的變化，作為內(nèi)部產(chǎn)物的C-S-H，在形貌和成分等方面和外部C-S-H會有所差異，通常較為密實(shí)。（3）C3

8、S的后期水化C3S的各階段水化過程C3S凝結(jié)時間正常，水化較快，放熱較多，早期強(qiáng)度高且后期強(qiáng)度增進(jìn)率較大。28d強(qiáng)度可達(dá)一年強(qiáng)度的70-80，其28d強(qiáng)度和一年強(qiáng)度在四種礦物中均最高。硅酸二鈣的水化2CaOSiO2+nH2O=xCaOSiO2yH2O+(2-x)Ca(OH)2在常溫下，C2S水化式:C2S+mH=C-S-H+(2-x)CH簡寫為：水化速率很慢，約為C3S的1/20左右。-C2S的水化與C3S相似，也有誘導(dǎo)期、加速期等。水化熱較低，較難用放熱速率進(jìn)行-C2S水化的研究。鋁酸三鈣的水化鋁酸三鈣與水反應(yīng)迅速，其水化產(chǎn)物的組成與結(jié)構(gòu)受溶液中氧化鈣、氧化鋁離子濃度和溫度影響顯著。在常溫下

9、，無石膏時：2C3A27HC4AH19 C2AH8相對濕度85%：C4AH19 C4AH136HC4AH19 、 C2AH8 、 C4AH13 均為六方片狀晶體，在常溫下處于介穩(wěn)狀態(tài)，有向C3AH6轉(zhuǎn)化的趨勢：C4AH19 C2AH8 2C3AH6 9H當(dāng)T35時：C3A6HC3AH6C3ACH12HC4AH13當(dāng)氧化鈣濃度達(dá)飽和時：當(dāng)石膏存在時：C4AH133CaSO42H2O+26H2OC3A3CaSO432H2O+CHC3A3CaSO432H2O +2C4AH134H2O 3(C3ACaSO412H2O)+2CH+20H當(dāng)C3A尚未完全水化，而石膏已經(jīng)耗盡時：當(dāng)石膏摻量極少，所有的鈣礬石

10、都轉(zhuǎn)化為單硫型水化硫鋁酸鈣后，還有C3A剩余，會形成單硫型水化硫鋁酸鈣與C4AH13的固溶體。C3ACaSO412H2O +2C3A+CH12H2O 23C3A(CaSO4、CH) 12H石膏的存在與否及其摻量、溶解情況是決定C3A水化速率、水化產(chǎn)物的主要因素。按照一般硅酸鹽水泥的石膏摻量，其最終的鋁酸鹽水化物常為鈣礬石與單硫型水化硫鋁酸鈣。在常用水灰比的水泥漿體中，離子的遷移受到一定程度的限制，較難充分地進(jìn)行上述各種反應(yīng)，鈣礬石與其他幾種水化鋁酸鹽產(chǎn)物在局部區(qū)域內(nèi)同時并存，也是有可能的。鐵相固溶體的水化（以C4AF為代表）鐵鋁酸鈣的水化反應(yīng)及其產(chǎn)物與C3A相似，水化速率比C3A慢，水化熱較低

11、，即使單獨(dú)水化也不會引起瞬凝；氧化鐵基本上起著與氧化鋁相同的作用，形成水化硫鋁酸鈣和水化硫鐵酸鈣的固溶體，或者水化鋁酸鈣和水化鐵酸鈣的固溶體。低溫?zé)o石膏存在時：C4AF+3CH+22H=2C4(A,F)H13在20左右，六方片狀的C4(A、F)H13要轉(zhuǎn)化成C3(A,F)H6，但這個轉(zhuǎn)化過程比C3A水化時的晶型轉(zhuǎn)化要慢。當(dāng)溫度高于50時，C4AF直接水化生成C3(A,F)H6。有石膏存在時：石膏充分時，形成鐵置換過的鈣礬石固溶體C3(A,F) 3C H32，當(dāng)石膏不足時，則形成單硫型固溶體。C4AF的水化放熱曲線與C3A很相似，但早期水化受石膏的延緩更為明顯；在氫氧化鈣飽和溶液中，石膏能使其放

12、熱速率變得極為緩慢。6.2 硅酸鹽水泥的水化硅酸鹽水泥是由多種熟料礦物、石膏及混合材共同組成，因此當(dāng)水泥加水后，石膏要溶解于水，C3A和C3S很快與水反應(yīng)，C3S水化時析出Ca(OH)2，故填充在顆粒之間的液相實(shí)際上不是純水、而是充滿多種離子的溶液。水泥熟料中的堿也迅速溶于水。因此水泥的水化在開始之后，基本上是在含堿的氫氧化鈣和硫酸鈣溶液中進(jìn)行。 長纖維狀 短纖維狀六方板結(jié)晶緩凝機(jī)理：針狀結(jié)晶 石膏充分時，形成鐵置換過的鈣礬石固溶體，當(dāng)石膏不足時，則形成單硫型固溶體。C3A+CH+H C4AH13C4AH13+3CH2+14H AFtC2S同上C3S+nH C-S-H + (3-x)CHC4A

13、F+H 水化鋁酸鈣+水化鐵酸鈣當(dāng)石膏耗盡時，AFm（1）鈣礬石形成期 C3A率先水化。在石膏存在的條件下，迅速形成鈣礬石，這是導(dǎo)致第一放熱峰的主要因素。硅酸鹽水泥的水化過程（2）C3S水化期 C3S開始迅速水化，大量放熱，形成第二個放熱峰。有時會有第三放熱峰或在第二放熱峰上出現(xiàn)一個“峰肩”，一般認(rèn)為是由于鈣礬石轉(zhuǎn)化成單硫型水化硫鋁(鐵)酸鈣而引起的。同時，C2S和鐵相亦以不同程度參與了這兩個階段的反應(yīng)，生成相應(yīng)的水化產(chǎn)物。（3）結(jié)構(gòu)形成和發(fā)展期 放熱速率很低并趨于穩(wěn)定，隨著各種水化產(chǎn)物的增多，填入原先由水所占據(jù)的空間，再逐漸連接并相互交織，發(fā)展成硬化的漿體結(jié)構(gòu)。水泥是多礦物、多組分的體系，各熟

14、料礦物并不可能單獨(dú)進(jìn)行水化，它們之間的相互作用必然對水化進(jìn)程有一定影響。應(yīng)用一般的方程式，實(shí)際上很難真實(shí)地表示水泥的水化過程。6.3 水化速率熟料礦物或水泥的水化速率常以單位時間內(nèi)的水化程度或水化深度來表示。水化程度：是指在一定時間內(nèi)發(fā)生水化作用的量和完全水化量的比值；水化深度：是指已水化層的厚度注意：水化速率必須在顆粒粗細(xì)、水灰比以及水化溫度等條件基本一致的情況下才能加以比較。假定在水化過程能始終保持球形，且密度不變，則水化深度h和水化程度a之間的關(guān)系為：其中陰影表示已經(jīng)水化部分影響水泥水化速率的因素：熟料礦物組成與結(jié)構(gòu)、水泥的細(xì)度、加水量、養(yǎng)護(hù)溫度、混合材以及外加劑的性質(zhì)。影響水泥水化速率

15、的因素（1）水泥熟料礦物組成：含量、晶體結(jié)構(gòu)礦物水化時間3d7d28d3m6mC3S33.242.365.592.293.1C2S6.79.610.327.027.4C3A78.176.479.788.390.8C4AF64.366.068.886.589.4熟料礦物的水化程度（%）礦物3d7d28d3m6mC3S3.14.27.514.314.7C2S0.60.80.92.52.8C3A9.99.610.312.813.7C4AF7.37.68.012.213.2熟料礦物的水化深度（m，dm=50 m ）（2）細(xì)度：一般認(rèn)為：水泥顆粒粉磨至粒徑小于40m，水化活性較高，技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理。按照化學(xué)

16、反應(yīng)動力學(xué)的一般原理，在其他條件相同的情況下，反應(yīng)物參與反應(yīng)的表面積越大，其反應(yīng)速率越快。提高水泥的細(xì)度，增加表面積，可以使水泥水化誘導(dǎo)期縮短，第二個放熱峰提前，而較粗的顆粒則相反，各階段的反應(yīng)都較慢。（3）水灰比：但水灰比過小時，由于水化所需水分的不足以及無足夠空間容納水化產(chǎn)物的緣故，會使后期的水化反應(yīng)延緩。加水量要滿足水化反應(yīng)的需要，還要使C-S-H凝膠內(nèi)部的膠孔填滿。為達(dá)到充分水化的目的，拌合用水應(yīng)為化學(xué)反應(yīng)所需水量的一倍左右。水灰比在0.25-1.0間變化，對水泥的早期水化速率并無明顯影響。（4）養(yǎng)護(hù)溫度：對水化慢的-C2S影響最大。C3A在常溫下水化就很快，放熱多，故溫度對C3A水化

17、速率影響不大。溫度越高，對水泥早期水化速率影響越大，到后期影響逐漸變小。養(yǎng)護(hù)溫度提高，水化加速，可使C3S的誘導(dǎo)期縮短，第二個放熱峰提前，加速期和減速期也相應(yīng)提前結(jié)束。（5）外加劑：大多數(shù)有機(jī)外加劑對水化有延緩作用，常使用的各種木質(zhì)磺酸鹽類。據(jù)認(rèn)為是由于所含磺酸能吸附到C2S表面，阻礙了C-S-H成核的緣故。也有人認(rèn)為是木質(zhì)磺酸鈉使氫氧化鈣結(jié)晶成長推遲甚至完全受到阻礙之故。通常絕大多數(shù)無機(jī)電解質(zhì)都有促進(jìn)水泥水化的作用。如：CaCl2，可以增加Ca2+濃度，加快Ca(OH)2的結(jié)晶，縮短誘導(dǎo)期。6.4 硬化水泥漿體 水泥加水拌成的漿體，起初具有可塑性和流動性。隨著水化反應(yīng)的不斷進(jìn)行，漿體逐漸失去

18、流動能力，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢◤?qiáng)度的固體，即為水泥的凝結(jié)與硬化。 硬化水泥漿體是一非均質(zhì)的多相體系，由各種水化產(chǎn)物和殘留熟料所構(gòu)成的固相以及存在于孔隙中的水和空氣所組成，是固液氣三相多孔體。6.4.1 漿體結(jié)構(gòu)的形成和發(fā)展1887年呂-查德里提出結(jié)晶理論：他認(rèn)為水泥之所以能產(chǎn)生膠凝作用，是由于水化生成的晶體相互交叉穿插，聯(lián)結(jié)呈整體的緣故。水泥的水化、硬化過程：水泥中熟料礦物首先溶解于水，與水反應(yīng)，生成的水化產(chǎn)物由于溶解度小于反應(yīng)物的溶解度，所以就結(jié)晶沉淀出來。隨后熟料礦物繼續(xù)溶解，水化產(chǎn)物不斷沉淀，如此溶解-沉淀不斷進(jìn)行。認(rèn)為水泥的水化和普通化學(xué)反應(yīng)一樣，是通過液相進(jìn)行的，即所謂溶解-沉淀過程，再由

19、水化產(chǎn)物的結(jié)晶交聯(lián)而凝結(jié)、硬化，與石膏相同。（1）結(jié)晶理論（2）膠體理論1892年米哈艾利斯又提出了膠體理論：認(rèn)為水泥水化以后生成大量膠體物質(zhì)，由于干燥或未水化的水泥顆粒繼續(xù)水化產(chǎn)生“內(nèi)吸作用”而失水，從而使膠體凝聚變硬。水泥的水化、硬化過程：將水泥水化反應(yīng)作為固相反應(yīng)的一種類型，認(rèn)為不經(jīng)過礦物溶解于水的階段，由固相直接與水反應(yīng)生成水化產(chǎn)物，即所謂局部化學(xué)反應(yīng)。之后通過水的擴(kuò)散作用，使反應(yīng)界面由顆粒表面向內(nèi)延伸，繼續(xù)進(jìn)行水化。凝結(jié)、硬化是膠體凝聚成剛性凝膠的過程，與石灰或硅溶膠的情況基本相似。（3）拜依柯夫提出的理論水泥的硬化分為三個時期：第一是溶解期，即水泥遇水后，顆粒表面開始水化，可溶性物

20、質(zhì)溶于水中至溶液達(dá)飽和；第二位膠化期，固相生成物從飽和溶液中析出，因為過飽和程度較高，所以沉淀為膠體顆粒，或者直接由固相反應(yīng)生成膠體析出；第三則為結(jié)晶期，生成的膠粒并不穩(wěn)定，能重新溶解再結(jié)晶而產(chǎn)生強(qiáng)度。（4）泰勒關(guān)于水泥硬化漿體結(jié)構(gòu)發(fā)展的看法水化早期（在20溫度中水化3h）：作為多礦物集合體的水泥顆粒，于水化幾分鐘內(nèi)就在表面形成凝膠狀膜層，富含Al、Si，也有相當(dāng)數(shù)量的Ca2+和SO42-。在1h左右即在凝膠膜外側(cè)以及液相中形成粗短的棒狀A(yù)Ft，一般長達(dá)0.25m，寬0.1m。水化中期（在20溫度中水化20-30h ）：約有30%的水泥已經(jīng)水化，以C-S-H和CH的快速形成為特征。C-S-H在

21、水泥顆粒四周形成一層逐漸增厚的包裹膜，在包裹膜與無水顆粒之間常有豁縫存在，水化5h可觀察到，12h寬達(dá)0.5m。一直到水化中期結(jié)束之前，C-S-H開始在包裹膜的內(nèi)側(cè)沉積，才使包裹膜和內(nèi)核之間的豁縫逐漸填滿。同時，由于C3A和鐵相的重新加速水化，在包裹膜的外側(cè)生長出細(xì)長的AFt針狀晶體，長度一般為1-2m，有時可達(dá)10m。待較多的產(chǎn)物形成以后，包裹膜卻不易滲透，從而使包裹膜內(nèi)側(cè)的液相逐漸與外界隔絕，硫酸鹽含量降低，在內(nèi)側(cè)趨向于形成AFm，而AFt則在外側(cè)。CH在原先充水的空間中形成，在填充空間中起著重要作用。水化后期（之后更長時間）：在水化20-30h后，反應(yīng)漸趨減慢。C-S-H繼續(xù)在包裹層的內(nèi)

22、外兩側(cè)生長。另外，豁縫被填滿以后，阿利特再通過局部化學(xué)反應(yīng)水化，內(nèi)部C-S-H層不斷增厚。而C3A還與包裹膜內(nèi)側(cè)的AFt反應(yīng)生成AFm；同樣由于AFt轉(zhuǎn)化的結(jié)構(gòu)，在包裹膜外側(cè)也會形成與C-S-H密切相混在一起的AFm相。CH則繼續(xù)在原先為水所充填的空間中形成，大小可達(dá)幾十個微米，甚至?xí)⑵渌喟鼑饋?。?）洛赫爾等人描述的硬化過程第一階段：由水泥拌水起到初凝為止，C3S和水迅速反應(yīng)生成Ca(OH)2飽和溶液，并從中析出Ca(OH)2晶體。石膏也很快進(jìn)入溶液和C3A反應(yīng)生成細(xì)小的鈣礬石晶體。此階段特點(diǎn)：由于水化產(chǎn)物尺寸細(xì)小，數(shù)量又少，不足以在顆粒間架橋相聯(lián)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)未能形成，水泥漿呈塑性狀態(tài)。

23、第二階段：從初凝起至24h為止，水泥水化開始加速，生成較多的Ca(OH)2和鈣礬石晶體。同時水泥顆粒上長出纖維狀的C-S-H。特點(diǎn)：由于鈣礬石晶體的長大以及C-S-H的大量形成，產(chǎn)生強(qiáng)、弱不等的接觸點(diǎn)，將各顆粒初步聯(lián)接成網(wǎng)，而使水泥漿凝結(jié)。隨著接觸點(diǎn)數(shù)目的增加，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不斷增強(qiáng)，強(qiáng)度相應(yīng)增大。剩留在顆粒間空間中的非結(jié)合水就逐漸被分割成各種尺寸的水滴，填充在相應(yīng)大小的空隙之中。第三階段：是指24h以后很長時間。一般情況下，石膏已經(jīng)耗盡，鈣礬石開始轉(zhuǎn)化為單硫型水化硫鋁酸鈣，還可能會形成C4(A,F)H13。特點(diǎn)：C-S-H、 Ca(OH)2 、C3A C H12、 C4(A,F)H13等水化產(chǎn)物的

24、數(shù)量不斷增加，結(jié)構(gòu)更趨致密，強(qiáng)度相應(yīng)提高。（6）對水泥硬化理論比較統(tǒng)一的觀點(diǎn)水泥的水化反應(yīng)在開始主要為化學(xué)反應(yīng)所控制；當(dāng)水泥顆粒四周形成較為完整的水化物膜層后，反應(yīng)歷程又受到離子通過水化產(chǎn)物層時擴(kuò)散速率的影響。隨著水化產(chǎn)物層的不斷增厚，離子的擴(kuò)散速率即成為水化歷程動力學(xué)行為的決定性因素。水化反應(yīng)的不斷進(jìn)行，各種水化產(chǎn)物逐漸填滿原來由水所占據(jù)的空間，固體粒子逐漸接近。由于鈣礬石針、棒狀晶體的相互搭接，特別是大量箔片狀、纖維狀C-S-H的交叉攀附，從而使原先分散的水泥顆粒以及水化產(chǎn)物聯(lián)結(jié)起來，構(gòu)成一個三度空間牢固結(jié)合、密實(shí)的整體。對于結(jié)硬的本質(zhì)：存在著各種看法，對形成漿體結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生強(qiáng)度的主要鍵型還

25、不甚清楚，關(guān)于范德華鍵、氫鍵或者原子價鍵等所起的作用，需進(jìn)一步探討。更清楚地揭示水泥凝結(jié)硬化，以及漿體結(jié)構(gòu)形成的過程與實(shí)質(zhì)，有待于更深化的研究。6.4.2 水泥石的組成結(jié)晶度較差呈似無定形或無定形的水化硅酸鈣C-S-H凝膠結(jié)晶較好的氫氧化鈣、鈣礬石、單硫型水化硫鋁（鐵）酸鈣以及水化鋁（鐵）酸鈣晶體還有部分未水化的熟料顆粒和極少量的無定形氫氧化鈣、玻璃質(zhì)、有機(jī)外加物等。水泥硬化漿體中主要水化產(chǎn)物的基本特征名稱密度g/cm3結(jié)晶程度形貌尺寸鑒別手段C-S-H2.3-2.6極差纖維狀、網(wǎng)絡(luò)狀、皺箔狀等大粒狀，水化后期不易分辨1m0.1m厚度0.01mSEM氫氧化鈣2.24良好六方板狀0.01-0.1

26、mmOMSEM鈣礬石1.75好帶棱針狀10m0.5mOMSEM單硫型水化硫鋁酸鈣1.95尚好六方薄板狀、不規(guī)則花瓣狀1m1m0.1mSEM6.4.3 孔及其結(jié)構(gòu)特征 各種尺寸的孔也是硬化水泥漿體的一個重要組成，總孔隙率、孔徑及其分布、孔的形態(tài)以及孔壁所形成的巨大內(nèi)表面積，都是硬化水泥漿體的重要結(jié)構(gòu)特征。（1）內(nèi)表面積通常采用水蒸氣吸附法進(jìn)行測定，即將經(jīng)過一定方法干燥過的樣品在不同蒸汽壓下，測定其對蒸氣平衡時的吸附量。見計算公式： S 比表面積（cm2/g） 每1個吸附氣體分子的覆蓋面積（cm2），水蒸氣： =11.4 2（25），氮?dú)猓?=16.2 2（-195.8）。N 阿佛伽德羅常數(shù)（6.

27、021023）M 被吸附氣體的分子量Vm 在每克被測固體表面形成單分子吸附層所需氣體量（g） 采用此種方法測得硬化水泥漿體的比表面積約為210m2/g，與未水化的水泥相比，提高達(dá)三個數(shù)量級。如此巨大的比表面積所具有的表面效應(yīng)，必然是決定漿體性能的一個重要因素。（2）孔徑分布及總孔隙率孔的形成：在水化過程中，水化產(chǎn)物的體積要大于熟料礦物的體積。據(jù)計算，每1cm3的水泥水化后約需占據(jù)2.2cm3的空間。即約45%的水化產(chǎn)物處于水泥顆粒原來的周界之內(nèi)，成為內(nèi)部水化產(chǎn)物；另有55%則為外部水化產(chǎn)物，占據(jù)著原先充水的空間。隨著水化過程的進(jìn)展，原來充水的空間減少，而沒有被水化產(chǎn)物填充的空間，則逐漸被分割成形狀極不規(guī)則的毛細(xì)孔?？梢?，孔的尺寸在極為寬大的范圍內(nèi)變動，毛細(xì)孔和凝膠孔兩類的孔徑從15m一直小到5 （0.0005m）以下，大小相差達(dá)5個數(shù)量級。采用水蒸氣或氮?dú)獾奈綌?shù)據(jù)可以計算出硬化漿體的孔分