水泥的水解和水化反应探究

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：将水泥拌入软土后，水泥颗粒表面的矿物很快与软土中的水发生水解和水化反应，生成氢氧化钙，水化硅酸钙、水化氯酸钙及水化铁酸钙等化合物。水泥中4种主要矿物的水化速度和水化强度见图2.1。当然，硫酸钙的渗量不能过多；否则这种由32个水分子固化形成的水泥杆菌针状结晶会使水泥土发生膨胀而招致破坏。

普通硅酸盐水泥主要由氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁及三氧化硫等组成，由这些不同的氧化物分别组成了不同的水泥矿物：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙、硫酸钙等。将水泥拌入软土后，水泥颗粒表面的矿物很快与软土中的水发生水解和水化反应，生成氢氧化钙，水化硅酸钙、水化氯酸钙及水化铁酸钙等化合物。

各自的反应过程如下：

（1）硅酸三钙（3CaO·SiO2）：在水泥中含量最高（约占全重的50%），是决定强度的主要因素。

（2）硅酸二钙（2CaO·SiO2）：在水泥中含量较高（约占全重的25%），它主要产生后期强度。

（3）铝化三钙（3CaO·3Al2O3）：占水泥重量的10%，水化速度最快，促进早凝。

（4）铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3）：占水泥重量的10%，能促进早期强度。

在上述的一系列反应过程中所生成的氢氧化钙、水化硅酸钙能迅速溶于水中，使水泥颗粒表面重新暴露出来，再与水发生反应，这样周围的水溶液就逐渐达到饱和，当溶液达到饱和后，水分子虽然继续深入颗粒内部，但是新生成物已不能再溶解，只能以细分散状态的胶体析出，悬浮于溶液中，形成胶体。

水泥中4种主要矿物的水化速度和水化强度见图2.1。

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图2.1　水泥中4种主要矿物的水化速度和水化强度（引自刘松玉， 2006）

（5）硫酸钙（CaSO4）：虽然在水泥中的含量仅占3%，但是它与铝酸三钙一起与水发生反应，生成一种被称为“水泥杆菌”的化合物：

根据电子显微镜的观察，水泥杆菌最初以针状结晶的形式在比较短的时间里析出，其生成量随着水泥渗入量的多寡和龄期的长短而异。由X射线衍射分析可知，这种反应速度，反应结果把大量的自由水以结晶水的形式固定下来，这对于高含量的软黏土的强度增长有着特殊意义，使土中自由水的减少量约为水泥杆菌生成量的46%。当然，硫酸钙的渗量不能过多；否则这种由32个水分子固化形成的水泥杆菌针状结晶会使水泥土发生膨胀而招致破坏。所以使用的合适，在深层搅拌法这样的一种特定的条件下可利用这种膨胀势来增加地基加固效果。

水泥的水解和水化反应探究

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