黏土颗粒与水泥水化物的作用

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：随着水泥水化反应的深入，溶液中析出大量的钙离子，当其数量超过上述离子交换的需要量后，则在碱性的环境中，能使组成黏土矿物的二氧化硅及三氧化二铝的一部分或大部分与钙离子进行化学反应。拌入水泥7d后，土颗粒周围充满了水泥凝胶体，并有少量水泥水化物结晶的萌芽。综上所述，黏土—水泥—矿渣—水四者之间的化学反应过程以及反应物可以用图2.2来表示。

当水泥的各种水化物生成后，有的自身继续硬化，形成水泥石骨架；有的则与其周围的具有一定活性的黏土颗粒发生反应。

（1）离子交换和团粒化作用。

软土作为一个多相散布系，当它和水结合时就表现出一般的胶体特性。例如，土中含量最多的二氧化硅与水发生反应后，形成硅酸胶体颗粒，其表面带有Na＋或K＋，它们能和水泥化合物生成Ca2＋进行当量吸附交换，使较小的土颗粒形成较大的土团粒，从而使土体强度提高。例如，某些膨润土的表面附有钠离子，将它浸泡在氢氧化钙溶液中时，钙离子便置换钠离子。分析浸泡前后土样的颗粒，可以得到较大颗粒组的含量明显增加。

水泥水化生成的凝胶颗粒的比表面积比原水泥颗粒大1000倍，因而产生很大的表面能，有强烈的吸附活性，能使较大的土团粒进一步结合起来，形成水泥土的团粒结构，并封闭各土团之间的空隙，形成坚固的连接。从宏观上来看，也就是使水泥土的强度大大提高。

（2）硬化反应。

随着水泥水化反应的深入，溶液中析出大量的钙离子，当其数量超过上述离子交换的需要量后，则在碱性的环境中，能使组成黏土矿物的二氧化硅及三氧化二铝的一部分或大部分与钙离子进行化学反应。随着反应的深入，逐渐生成不溶于水的稳定的结晶化合物：

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根据电子显微镜、X射线衍射和差热分析得知这些结晶物大致是：

1）属于硅酸钙水化物的CAH系，如4CaO·3Al2O3·13 H2O、3CaO·Al2O3·6H2O、CaO·Al2O3·10 H2O等。

2）属于硅酸钙化合物的CSH系，如4CaO·5SiO2·5H2O。

3）钙黄长石水化物，如2CaO·Al2O3·SiO2·6H2O。

这些新生成的化合物在水中和空气中逐渐硬化，增大了水泥土的强度，而且由于其结构比较致密，水分不易侵入，使水泥土具有足够的水稳定性。

从扫描电子显微镜的观察可见，天然软土的各种原生矿物颗粒间无任何有机的联系，且具有很多孔隙。拌入水泥7d后，土颗粒周围充满了水泥凝胶体，并有少量水泥水化物结晶的萌芽。1个月后，水泥土中生成大量纤维状结晶，并不断延伸到颗粒间的孔隙中，形成网状构造。到5个月时，纤维状结晶辐射向外伸展，产生分叉，并相互连接形成空间网状结构，水泥的形状和土颗粒的形状已不能分辨出来。

（3）碳酸化作用。

水泥化合物中游离的氢氧化钙能吸收水中和空气中的二氧化碳，发生碳酸化反应，生成不溶于水的碳酸钙。