1、硅酸盐水泥与普通硅酸硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥盐水泥 硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥 掺混合材料的硅酸盐系水泥掺混合材料的硅酸盐系水泥 硅酸盐系特种水泥硅酸盐系特种水泥 铝酸盐水泥铝酸盐水泥 硫铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥 思考题思考题本章内容本章内容 水泥是一种粉状矿物胶凝材料，它与水混合后形成浆体，经过一系列水泥是一种粉状矿物胶凝材料，它与水混合后形成浆体，经过一系列物理化学变化，由可塑性浆体变成坚硬的石状体，并能将散粒材料胶结物理化学变化，由可塑性浆体变成坚硬的石状体，并能将散粒材料胶结成为整体。水泥浆体不仅能在空气中凝结硬化，更能在水中凝结硬化，成为整体。水泥浆体不仅能
2、在空气中凝结硬化，更能在水中凝结硬化，是一种水硬性胶凝材料。是一种水硬性胶凝材料。水泥是土木工程最重要的材料，也是用量最大的材料，水泥混凝土已水泥是土木工程最重要的材料，也是用量最大的材料，水泥混凝土已经成为了现代社会的基石，在经济社会发展中发挥着重要作用。经成为了现代社会的基石，在经济社会发展中发挥着重要作用。土木工程中应用的水泥品种众多，按其化学组成可分为硅酸盐系水泥、土木工程中应用的水泥品种众多，按其化学组成可分为硅酸盐系水泥、铝酸盐系水泥、硫铝酸盐系水泥、铁铝酸盐系水泥、磷酸盐系水泥、氟铝酸盐系水泥、硫铝酸盐系水泥、铁铝酸盐系水泥、磷酸盐系水泥、氟铝酸盐系水泥等系列。按照国家标准铝酸盐
3、系水泥等系列。按照国家标准 41311997水泥的命名、定义和水泥的命名、定义和术语术语规定，按水泥的性能及用途可分为三大类，即用于一般土木建筑规定，按水泥的性能及用途可分为三大类，即用于一般土木建筑工程的通用水泥，主要包括硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐工程的通用水泥，主要包括硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥等六水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥等六大硅酸盐系水泥；具有专门用途的专用水泥，如道路水泥、砌筑水泥和大硅酸盐系水泥；具有专门用途的专用水泥，如道路水泥、砌筑水泥和油井水泥等；具有某种比较突出
4、性能的特性水泥，如快硬硅酸盐水泥、油井水泥等；具有某种比较突出性能的特性水泥，如快硬硅酸盐水泥、白色硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥和膨胀水泥等。白色硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥和膨胀水泥等。按国家标准按国家标准 1751999硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥规定，凡由硅酸盐水泥规定，凡由硅酸盐水泥熟料、熟料、0%5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥为硅酸盐水泥(国外通称波特兰水泥国外通称波特兰水泥)。硅酸盐水泥分两类：不掺加混合材料的称。硅酸盐水
5、泥分两类：不掺加混合材料的称型型硅酸盐水泥，代号硅酸盐水泥，代号P；在水泥粉磨时掺入不超过水泥质量；在水泥粉磨时掺入不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉的石灰石或粒化高炉矿渣的称矿渣的称型硅酸盐水泥，代号型硅酸盐水泥，代号P。凡由硅酸盐水泥熟料、凡由硅酸盐水泥熟料、6%15%混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥料，称为普通硅酸盐水泥(简称普通水泥简称普通水泥)，代号，代号PO。掺加活性混合材料时，最大。掺加活性混合材料时，最大掺量不得超过掺量不得超过15%，其中允许用不超过水泥质量，其中允许用不超过水泥质量5%的窑灰或不超过水泥
6、质量的窑灰或不超过水泥质量10%的非活性混合材料来代替。掺非活性混合材料时最大掺量不得超过水泥质量的的非活性混合材料来代替。掺非活性混合材料时最大掺量不得超过水泥质量的10%。一、硅酸盐水泥的生产一、硅酸盐水泥的生产 1.硅酸盐水泥熟料的组成硅酸盐水泥熟料的组成 由水泥原料经配比后煅烧得到的块状料即为水泥熟料，是水泥的主要组成部分。由水泥原料经配比后煅烧得到的块状料即为水泥熟料，是水泥的主要组成部分。水泥熟料的组成成分可分为化学成分和矿物成分两类。水泥熟料的组成成分可分为化学成分和矿物成分两类。硅酸盐水泥熟料的化学成分主要是氧化钙硅酸盐水泥熟料的化学成分主要是氧化钙()、氧化硅、氧化硅(2)、
7、氧化铝、氧化铝(2O3)、氧化铁、氧化铁(2O3)四种氧化物，占熟料质量的四种氧化物，占熟料质量的94%左右。其中，约占左右。其中，约占60%67%，2约占约占20%24%，2O3约占约占4%9%，2O3约占约占2.5%6%。这几种氧化物经过高温煅烧后，。这几种氧化物经过高温煅烧后，反应生成多种具有水硬性的矿物，成为水泥熟料。反应生成多种具有水硬性的矿物，成为水泥熟料。硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥 硅酸盐水泥熟料的主要矿物成分是硅酸三钙硅酸盐水泥熟料的主要矿物成分是硅酸三钙(32)，简称为，简称为C3S，约占，约占50%60%；硅酸二钙；硅酸二钙(22)，简称为，简称为
8、C2S，约占，约占15%37%；铝酸三钙；铝酸三钙(32O3)，简称，简称为为C3A，约占，约占7%15%；铁铝酸四钙；铁铝酸四钙(42O32O3)，简称为，简称为C4，约占，约占10%18%。2.硅酸盐水泥的原料及生产工艺硅酸盐水泥的原料及生产工艺 生产硅酸盐水泥的原料主要是石灰石、粘土和铁矿石粉，煅烧一般用煤作燃生产硅酸盐水泥的原料主要是石灰石、粘土和铁矿石粉，煅烧一般用煤作燃料。石灰石主要提供，粘土主要提供料。石灰石主要提供，粘土主要提供2、2O3和和2O3，铁矿石粉主要是补充，铁矿石粉主要是补充2O3的不足。硅酸盐水泥的生产工艺流程可用图的不足。硅酸盐水泥的生产工艺流程可用图4.1表示
9、。表示。图图4.1 硅酸盐水泥的生产工艺流程硅酸盐水泥的生产工艺流程硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥1 450石灰石石灰石粘土粘土铁矿石粉铁矿石粉按比例配料按比例配料粉磨机，磨细粉磨机，磨细生料生料水泥窑，煅烧水泥窑，煅烧熟料熟料加加 适适 量量 石石 膏膏 和和和混合材料和混合材料粉磨机，磨细粉磨机，磨细袋装水泥泥袋装水泥泥散装水泥散装水泥 硅酸盐水泥的生产有三大主要环节，即生料制备、熟料烧成和水泥制成，这三大硅酸盐水泥的生产有三大主要环节，即生料制备、熟料烧成和水泥制成，这三大环节的主要设备是生料粉磨机、水泥熟料煅烧窑和水泥粉磨机，其生产过程常形象环节的主要设备是生料粉
10、磨机、水泥熟料煅烧窑和水泥粉磨机，其生产过程常形象地概括为地概括为“两磨一烧两磨一烧”。水泥生产工艺按生料制备时加水制成料浆的称为湿法生产，。水泥生产工艺按生料制备时加水制成料浆的称为湿法生产，干磨成粉料的称为干法生产；由于生料煅烧成熟料是水泥生产的关键环节，因此，干磨成粉料的称为干法生产；由于生料煅烧成熟料是水泥生产的关键环节，因此，水泥的生产工艺也常以煅烧窑的类型来划分。生料在煅烧过程中要经过干燥、预热、水泥的生产工艺也常以煅烧窑的类型来划分。生料在煅烧过程中要经过干燥、预热、分解、烧成和冷却五个环节，通过一系列物理、化学变化，生成水泥矿物，形成水分解、烧成和冷却五个环节，通过一系列物理、
11、化学变化，生成水泥矿物，形成水泥熟料，为使生料能充分反应，窑内烧成温度要达到泥熟料，为使生料能充分反应，窑内烧成温度要达到1 450。目前，我国水泥熟。目前，我国水泥熟料的煅烧主要有以悬浮预热和窑外分解技术为核心的新型干法生产工艺、回转窑生料的煅烧主要有以悬浮预热和窑外分解技术为核心的新型干法生产工艺、回转窑生产工艺和立窑生产工艺等几种。由于新型干法生产工艺具有规模大、质量好、消耗产工艺和立窑生产工艺等几种。由于新型干法生产工艺具有规模大、质量好、消耗低、效率高的特点，已经成为发展方向和主流，而传统的回转窑和立窑生产工艺由低、效率高的特点，已经成为发展方向和主流，而传统的回转窑和立窑生产工艺由
12、于技术落后、消耗高、效率低正逐渐被淘汰。于技术落后、消耗高、效率低正逐渐被淘汰。硅酸盐水泥生产中，须加入适量石膏和混合材料，加入石膏的作用是延缓水泥的硅酸盐水泥生产中，须加入适量石膏和混合材料，加入石膏的作用是延缓水泥的凝结时间，以满足使用的要求；加入混合材料则是为了改善其品种和性能，扩大其凝结时间，以满足使用的要求；加入混合材料则是为了改善其品种和性能，扩大其使用范围。使用范围。硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥二、硅酸盐水泥的水化与硬化二、硅酸盐水泥的水化与硬化1.硅酸盐水泥熟料矿物的水化硅酸盐水泥熟料矿物的水化 硅酸盐水泥熟料由四种主要矿物组成，这些矿物的水化硬化性质决
13、定了硅酸盐水泥熟料由四种主要矿物组成，这些矿物的水化硬化性质决定了水泥的性质。因此，研究水泥的水化硬化，必须首先研究各种矿物的水化水泥的性质。因此，研究水泥的水化硬化，必须首先研究各种矿物的水化硬化。对水泥水化硬化的研究主要关注四个方面的性质，即水化产物、水硬化。对水泥水化硬化的研究主要关注四个方面的性质，即水化产物、水化速率、凝结硬化速率和硬化后强度。因水泥强度随时间不断发展，研究化速率、凝结硬化速率和硬化后强度。因水泥强度随时间不断发展，研究其强度时，一般划分为早期强度和后期强度。其强度时，一般划分为早期强度和后期强度。1)硅酸三钙的水化硅酸三钙的水化 硅酸三钙是水泥熟料的主要矿物，其水化
14、作用、产物和凝结硬化对水泥硅酸三钙是水泥熟料的主要矿物，其水化作用、产物和凝结硬化对水泥的性能有重要影响。在常温下硅酸三钙的水化反应如下：的性能有重要影响。在常温下硅酸三钙的水化反应如下：32222(3)()2 简写为简写为C3S(3)其水化产物为水化硅酸钙和氢氧化钙。水化硅酸钙为凝胶体，显微结构其水化产物为水化硅酸钙和氢氧化钙。水化硅酸钙为凝胶体，显微结构是纤维状，称为凝胶，其组成的是纤维状，称为凝胶，其组成的2分子比分子比(简写为简写为)和和H22分子比分子比(简写为简写为)都都在较大范围内波动。氢氧化钙为组成固定的晶体，易溶于水。在较大范围内波动。氢氧化钙为组成固定的晶体，易溶于水。硅酸
15、三钙水化速率很快，水化放热量大。生成的凝胶构成具有很高强度的硅酸三钙水化速率很快，水化放热量大。生成的凝胶构成具有很高强度的空间网络结构，是水泥强度的主要来源，其凝结时间正常，早期和后期强空间网络结构，是水泥强度的主要来源，其凝结时间正常，早期和后期强度都较高。度都较高。2)硅酸二钙的水化硅酸二钙的水化 硅酸二钙的水化与硅酸三钙相似，但水化速率慢很多，其水化反应如下：硅酸二钙的水化与硅酸三钙相似，但水化速率慢很多，其水化反应如下：22222(2)()2硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥 简写为简写为C2S(2)其水化产物中水化硅酸钙在和形貌方面都与其水化产物中水化硅酸钙在和形
16、貌方面都与C3S的水化产物无大的区别，也称为凝胶。而氢的水化产物无大的区别，也称为凝胶。而氢氧化钙的生成量较氧化钙的生成量较C3S的少，且结晶比较粗大。的少，且结晶比较粗大。在硅酸盐水泥熟料矿物质中，硅酸二钙水化速率最慢，但后期增长大，水化放热量小；其早在硅酸盐水泥熟料矿物质中，硅酸二钙水化速率最慢，但后期增长大，水化放热量小；其早期强度低，后期强度增长，可接近甚至超过硅酸三钙的强度，是保证水泥后期强度增长的主期强度低，后期强度增长，可接近甚至超过硅酸三钙的强度，是保证水泥后期强度增长的主要因素。要因素。3)铝酸三钙的水化铝酸三钙的水化 铝酸三钙水化产物通称为水化铝酸钙，其组成和结构受液相中浓
17、度和温度的影响较大，在铝酸三钙水化产物通称为水化铝酸钙，其组成和结构受液相中浓度和温度的影响较大，在常温下生成介稳状态的水化铝酸钙，常温下典型的水化反应为：常温下生成介稳状态的水化铝酸钙，常温下典型的水化反应为：2(32O3)+27H242O319H2 22O38H2O 简写为简写为 2C3A27419C28 这些水化铝酸钙为片状晶体，最终会转化为等轴晶的水化铝酸三钙这些水化铝酸钙为片状晶体，最终会转化为等轴晶的水化铝酸三钙32O36H2O(简写为简写为C36)。当温度高于。当温度高于35时，时，C3A则会直接水化成则会直接水化成C36，因此，因此，C3A的最终水化反应可表示为：的最终水化反应
18、可表示为：32O3+6H232O36H2O 简写为简写为 C3A636 在硅酸盐水泥熟料矿物质中，铝酸三钙水化速率最快，水化放热量大且放热速率快。其早在硅酸盐水泥熟料矿物质中，铝酸三钙水化速率最快，水化放热量大且放热速率快。其早期强度增长快，但强度值并不高，后期几乎不再增长，对水泥的早期期强度增长快，但强度值并不高，后期几乎不再增长，对水泥的早期(3d以内以内)强度有一定的影强度有一定的影响。由于响。由于C36为立方体晶体，是水化铝酸钙中结合强度最低的产物，它甚至会使水泥后期强度为立方体晶体，是水化铝酸钙中结合强度最低的产物，它甚至会使水泥后期强度下降。水化铝酸钙凝结速率快，会使水泥产生快凝现
19、象。因此，在水泥生产时要加入缓凝剂下降。水化铝酸钙凝结速率快，会使水泥产生快凝现象。因此，在水泥生产时要加入缓凝剂石膏，以使水泥凝结时间正常。石膏，以使水泥凝结时间正常。硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥 4)铁铝酸四钙的水化铁铝酸四钙的水化 铁铝酸四钙是熟料中铁相固溶体的代表，氧化铁的作用与氧化铝的作用相似，铁铝酸四钙是熟料中铁相固溶体的代表，氧化铁的作用与氧化铝的作用相似，可看作可看作C3A中一部分氧化铝被氧化铁所取代。其水化反应及产物与中一部分氧化铝被氧化铁所取代。其水化反应及产物与C3A相似，生相似，生成水化铝酸钙与水化铁酸钙的固溶体，其反应可表示为：成水化铝酸钙与水
20、化铁酸钙的固溶体，其反应可表示为：42O32O3+7H232O36H2 2O3H2O 简写为简写为 C4736 铁铝酸四钙水化速率较快，仅次于铁铝酸四钙水化速率较快，仅次于C3A，水化热不高，凝结正常，其强度值较，水化热不高，凝结正常，其强度值较低，但抗折强度相对较高。提高低，但抗折强度相对较高。提高C4的含量，可降低水泥的脆性，有利于道路等有的含量，可降低水泥的脆性，有利于道路等有振动交变荷载作用的应用场合。振动交变荷载作用的应用场合。硅酸盐水泥熟料矿物的水化硬化特性见表硅酸盐水泥熟料矿物的水化硬化特性见表4-1，熟料矿物的强度增长情况比较如，熟料矿物的强度增长情况比较如图图4.2所示。所示
21、。表表4-1 熟料矿物的水化硬化特性熟料矿物的水化硬化特性硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥矿物名称水化速率28d水化热凝结硬化速率强度耐化学侵蚀性早期后期C3S快多快高高中C2S慢少慢低高良C3A最快最多最快低低差C4快中快低低优2.硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥的水化 硅酸盐水泥由熟料矿物和石膏组成，是一个多矿物的集合体，其水化硬化受硅酸盐水泥由熟料矿物和石膏组成，是一个多矿物的集合体，其水化硬化受到各组分的共同影响。到各组分的共同影响。水泥加水拌合后，水泥加水拌合后，C3A、C4、C3S与水快速反应，石膏也迅速溶解于水；在与水快速反应，石膏也迅速溶解于水；在石膏存在的条件下
22、，石膏存在的条件下，C3A不再生成水化铝酸钙，而是与石膏反应生成为针状晶不再生成水化铝酸钙，而是与石膏反应生成为针状晶体的三硫型水化硫铝酸钙体的三硫型水化硫铝酸钙(又称钙矾石又称钙矾石)，其反应式为：，其反应式为：32O33(42H2O)24H2O 26H232O33430H2O32H2O 简写为简写为图图4.2 各矿物强度增长曲线各矿物强度增长曲线硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥 若石膏消耗完毕而还有若石膏消耗完毕而还有C3A时，则钙矾石会与时，则钙矾石会与C3A继续作用转化为单硫型水继续作用转化为单硫型水化硫铝酸钙，其反应式为：化硫铝酸钙，其反应式为：32O33432H
23、2O2(32O3)4H23(32O3)412H2O简写为简写为 水化硫铝酸钙具有正常的凝结时间，而且其强度高于水化铝酸钙。石膏也会水化硫铝酸钙具有正常的凝结时间，而且其强度高于水化铝酸钙。石膏也会与与C4反应生成水化硫铝反应生成水化硫铝(铁铁)酸钙，石膏的存在还可以加速酸钙，石膏的存在还可以加速C3S和和C2S水化。水化。硅酸盐水泥水化的主要产物是凝胶和水化铁酸钙凝胶，氢氧化钙、水化铝酸钙硅酸盐水泥水化的主要产物是凝胶和水化铁酸钙凝胶，氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙等晶体。在完全水化的水泥石中，凝胶约占和水化硫铝酸钙等晶体。在完全水化的水泥石中，凝胶约占70%、氢氧化钙约、氢氧化钙约占占2
24、0%、水化硫铝酸钙、水化硫铝酸钙(包括钙矾石和单硫型水化硫铝酸钙包括钙矾石和单硫型水化硫铝酸钙)约占约占7%。3.硅酸盐水泥的凝结与硬化硅酸盐水泥的凝结与硬化 水泥的凝结指水泥加水后从流动状态到固体状态的变化，即水泥浆失去流动水泥的凝结指水泥加水后从流动状态到固体状态的变化，即水泥浆失去流动性而具有一定的强度。凝结时间分为性而具有一定的强度。凝结时间分为“初凝初凝”和和“终凝终凝”，它直接影响工程的，它直接影响工程的施工。硬化则是指水泥浆体固化后所建立的网状结构具有一定的机械强度，并施工。硬化则是指水泥浆体固化后所建立的网状结构具有一定的机械强度，并不断发展的过程。水泥的水化与凝结硬化是一个连
25、续的过程。水化是凝结硬化不断发展的过程。水泥的水化与凝结硬化是一个连续的过程。水化是凝结硬化的前提，凝结硬化是水化的结果。凝结与硬化是同一过程的不同阶段，但凝结的前提，凝结硬化是水化的结果。凝结与硬化是同一过程的不同阶段，但凝结硬化的各阶段是交错进行的，不能截然分开。硬化的各阶段是交错进行的，不能截然分开。硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥 关于水泥凝结硬化机理的研究，已经有关于水泥凝结硬化机理的研究，已经有100多年的历史，并有多种理论进行解释，多年的历史，并有多种理论进行解释，随着现代测试技术的发展应用，其研究还在不断深入。一般认为水泥浆体凝结硬化随着现代测试技术的发展应
26、用，其研究还在不断深入。一般认为水泥浆体凝结硬化过程可分为早、中、后三个时期，分别相当于一般水泥在过程可分为早、中、后三个时期，分别相当于一般水泥在20温度环境中水化温度环境中水化3h、20h30h以及更长时间。水泥凝结硬化过程如图以及更长时间。水泥凝结硬化过程如图4.3所示。所示。水泥加水后，水泥颗粒迅速分散于水中水泥加水后，水泥颗粒迅速分散于水中(如图如图4.3(a)。在水化早期，大约是加水。在水化早期，大约是加水拌和到初凝时止，水泥颗粒表面迅速发生水化反应，几分钟内即在表面形成凝胶状拌和到初凝时止，水泥颗粒表面迅速发生水化反应，几分钟内即在表面形成凝胶状膜层，并从中析出六方片状的氢氧化钙
27、晶体，大约膜层，并从中析出六方片状的氢氧化钙晶体，大约h左右即在凝胶膜外及液相中左右即在凝胶膜外及液相中形成粗短的棒状钙矾石晶体，如图形成粗短的棒状钙矾石晶体，如图4.3(b)所示。这一阶段，由于晶体太小不足以在所示。这一阶段，由于晶体太小不足以在颗粒间搭接，使之连结成网状结构，水泥浆既有可塑性又有流动性。颗粒间搭接，使之连结成网状结构，水泥浆既有可塑性又有流动性。(a)分散在水中的水泥颗粒分散在水中的水泥颗粒 (b)在水泥颗粒表面在水泥颗粒表面 (c)膜层长大并互相膜层长大并互相 (d)水泥产物进一步发展，水泥产物进一步发展，形成水化物膜层形成水化物膜层 连接连接(凝结凝结)填充毛细孔填充毛
28、细孔(硬化硬化)图图4.3 水泥凝结硬化过程示意图水泥凝结硬化过程示意图1.水泥颗粒；水泥颗粒；2.水；水；3.凝胶；凝胶；4.晶体；晶体；5.未水化水泥内核；未水化水泥内核；6.毛细孔毛细孔硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥 在水化中期，约有在水化中期，约有30%的水泥已经水化，以、和钙矾石的快速形成为特征，由于颗粒间间的水泥已经水化，以、和钙矾石的快速形成为特征，由于颗粒间间隙较大，呈长纤维状。此时水泥颗粒被形成的一层包裹膜完全包住，并不断向外增厚，逐渐隙较大，呈长纤维状。此时水泥颗粒被形成的一层包裹膜完全包住，并不断向外增厚，逐渐在膜内沉积。同时，膜的外侧生长出长针状钙
29、矾石晶体，膜内侧则生成低硫型水化硫铝酸钙，在膜内沉积。同时，膜的外侧生长出长针状钙矾石晶体，膜内侧则生成低硫型水化硫铝酸钙，晶体在原先充水的空间形成。这期间膜层和长针状钙矾石晶体长大，将各颗粒连接起来，使晶体在原先充水的空间形成。这期间膜层和长针状钙矾石晶体长大，将各颗粒连接起来，使水泥凝结。同时，大量形成的长纤维状晶体和钙矾石晶体一起，使水泥石网状结构不断致密，水泥凝结。同时，大量形成的长纤维状晶体和钙矾石晶体一起，使水泥石网状结构不断致密，逐步发挥出强度。逐步发挥出强度。水化后期大约是水化后期大约是1d以后直到水化结束，水泥水化反应渐趋减缓，各种水化产物逐渐填满原以后直到水化结束，水泥水化
30、反应渐趋减缓，各种水化产物逐渐填满原来由水占据的空间，由于颗粒间间隙较小，呈短纤维状。水化产物不断填充水泥石网状结构，来由水占据的空间，由于颗粒间间隙较小，呈短纤维状。水化产物不断填充水泥石网状结构，使之不断致密，渗透率降低，强度增加。随着水化的进行，凝胶体膜层越来越厚，水泥颗粒使之不断致密，渗透率降低，强度增加。随着水化的进行，凝胶体膜层越来越厚，水泥颗粒内部的水化越来越困难，经过几个月甚至若干年的长时间水化后，多数颗粒仍剩余未水化的内部的水化越来越困难，经过几个月甚至若干年的长时间水化后，多数颗粒仍剩余未水化的内核。所以，硬化后的水泥浆体是由凝胶体、晶体、未水化的水泥颗粒内核、毛细孔及孔隙
31、内核。所以，硬化后的水泥浆体是由凝胶体、晶体、未水化的水泥颗粒内核、毛细孔及孔隙中的水与空气组成，是固液气三相多孔体系，具有一定的机械强度和孔隙率，外观和性中的水与空气组成，是固液气三相多孔体系，具有一定的机械强度和孔隙率，外观和性能与天然石材相似，因而称之为水泥石。其在不同时期的相对数量变化，影响着水泥石性质能与天然石材相似，因而称之为水泥石。其在不同时期的相对数量变化，影响着水泥石性质的变化。水泥石中水化产物、强度、孔隙的发展情况如图的变化。水泥石中水化产物、强度、孔隙的发展情况如图4.4所示。所示。在水泥石中，水化硅酸钙凝胶是组成的主体，对水泥石的强度、凝结速率、水化热及其他在水泥石中，
32、水化硅酸钙凝胶是组成的主体，对水泥石的强度、凝结速率、水化热及其他主要性质起支配作用。水泥石中凝胶之间、晶体与凝胶、未水化颗粒与凝胶之间产生粘结力主要性质起支配作用。水泥石中凝胶之间、晶体与凝胶、未水化颗粒与凝胶之间产生粘结力是凝胶体具有强度的实质，至今尚无明确的结论。一般认为范德华力、氢键、离子引力和表是凝胶体具有强度的实质，至今尚无明确的结论。一般认为范德华力、氢键、离子引力和表面能是产生粘结力的主要原因，也有认为存在化学键力的作用。面能是产生粘结力的主要原因，也有认为存在化学键力的作用。硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥 水泥熟料矿物的水化是放热反应。水水泥熟料矿物的水
33、化是放热反应。水化放热量和放热速率不仅影响水泥的凝化放热量和放热速率不仅影响水泥的凝结硬化速率，还会由于热量的积蓄产生结硬化速率，还会由于热量的积蓄产生较大的内外温差，影响结构的稳定性。较大的内外温差，影响结构的稳定性。大体积混凝土工程如大型基础、水库大大体积混凝土工程如大型基础、水库大坝和桥墩等，结构中的水泥水化热不易坝和桥墩等，结构中的水泥水化热不易散发，积蓄在内部，可使内外温差达到散发，积蓄在内部，可使内外温差达到60以上，引起较大的温度应力，产生以上，引起较大的温度应力，产生温度裂缝，导致结构开裂，甚至引起严温度裂缝，导致结构开裂，甚至引起严重的破坏。所以，大体积混凝土宜采用重的破坏。所以，大体积混凝土宜采用低热水泥，并采取措施进行降温，以保低热水泥，并采取措施进行降温，以保证结构的稳定和安全。在低温条件和冬证结构的稳定和安全。在低温条件和冬季施工中，采用水化热高的水泥，则可季施工
