水化硅酸钙

8.6.1　水化硅酸钙

如前所述，C—S—H是近于无定形的胶体状物，假使它是球形的话，这些粒子直径可能小于100nm(肯定小于或等于微米)。用水吸附方法测定的比表面积是300～400m²/g，一般相当于未水化C₃ S面积的1000倍。X射线的数据表明在26～32nm处有一个弱的宽峰，另一小峰是在18.2nm处。这些弱峰都靠近Ca(OH)₂的两个峰。这些结果可解释为是由30～40nm厚，在其他方向伸展到一个微米或更大的片状结构所造成的。

C—S—H结构是一个非常细的粒子的集聚。这些粒子可以进一步用不同相对温度下试样吸附水量(平衡状态)的测定来表征。非化学结合的水因此可以分成下面几类:①包含在大孔、微孔的水，其蒸气压正比于相对湿度;②存在于横断面约为500的毛细孔中的水，这类水较易蒸发;③几个分子层厚的水，存在于直径约为150nm的胶孔中。它受到凝胶表面的吸引，这是非化学结合水中结合最牢固的。由于各类水之间没有鲜明界线，所以这些区分只是近似的。

C—S—H的比表面积测定值至少受两个相关因素之一的影响而变化，这或多或少取决于干燥的方法，但更重要的是取决于用氮或是用水作为吸附气体。前者得出10～100m²/g的低值，而后者得出200～400m²/g的高值，小角度X衍射给出的值是700m²/g。两种学派(Powers-Brunauer学派和Feldman-Sereda学派)都研究过这个巨大差别的原因:①有大量细“凝胶”孔隙，由于这些孔隙呈小瓶颈或“墨水瓶”入口，较大的氮分子是进不去的;②当水吸附在表面时，它和凝胶表面发生反尖，因而给它自己制造出空间。为此争论集中在细凝胶孔是否存在，或者在没有水时，它是否会被破坏，图8.31描绘了这些模型的一些特征。图中，水化硅酸钙薄片会集成相互联结的排列，并构成了各种类型的孔隙。当水进入或从凝胶孔中排出时，层间的距离约在90～150nm之间变化。这些薄片的真实结构仍然是一些争论的主题。有趣的是具有较小胶孔的干燥试样有较高的强度。这些模型认为C—S—H本质上是由弱的范德华力结合起来。而另一些人则认为离子键和共价键是强度的来源，水实际上产生拆散压力。这些模型的区别尚未得到解决。

图8.31　C—S—H的示意图

水化温度看来会影响各种类型孔的数量和产物的组成。微孔主要是由加气所引起的并随许多拌合条件而变。在长龄期的浆体中，水灰比会影响由氮测定的比表面积，但对由H₂ O测定的较高比表面积却没有影响。1天龄期的试样只观察到非常小的变化。

表8.12概括了硅酸三钙与硅酸二钙以及它们的水化产物的密度。C—S—H的数值与结构关系很大，但可以看到总的趋势是产物不如原始矿物那么致密。在水化进行时，空间就被水化物填充。氢氧化钙几乎肯定是在C₃ S和C₂ S颗粒边界外生成。对于每立方米C₃ S，1cm³的C—S—H沉积在原始颗粒的界线内，而0.3cm³ C—S—H和约0.7cm³ Ca(OH)₂一道在颗粒界线外沉积。同样地，对每立方米C₂ S，1cm³的C—S—H沉积在原始颗粒界线内，而0.86cm³ C—S—H和0.3cm³ Ca(OH)₂沉积在原始颗粒界线外。

表8.12　硅酸三钙与硅酸二钙以及它们的水化产物的密度