图1.1 水泥凝结硬化过程示意图
1—水泥颗粒;2—水分;3—凝胶;4—晶体;5—水泥颗粒的未水化内核;6—毛细孔
水化早期,水泥颗粒表面迅速发生化学反应,于水化几分钟内就在表面形成凝胶状膜层,大约在1 h后即在凝胶膜外侧及液相中形成粗短的棒状钙矾石,如图1.1（b)所示。
水化中期,约有30%的水泥已经水化,它以C-S-H和CH的快速形成为特征,此时水泥颗粒被C-S-H形成的一层包裹膜全部包住,并不断向外增厚,随后逐渐在包裹内侧沉积。同时,膜的外侧生长出细长的钙矾石晶体,膜内侧则生成低硫型硫铝酸钙,CH晶体在原先充水的空间形成。在此期间,膜层长大并相连,如图1.1（c)所示。
水化后期,水泥水化反应渐趋减慢,各种水化产物逐渐填满原来由水所占据的空间,由于钙矾石针、棒状晶体的相互搭接,特别是大量箔片状、纤维状C-S-H的交叉攀附,从而使原先分散的水泥颗粒及其水化产物连接起来,构成一个三维空间牢固结合较密实的整体,如图1.1（d)所示。
随着凝胶体膜层的逐渐增厚,水泥颗粒内部的水化越来越困难,经过长时间（几个月甚至若干年)的水化以后,除原来极细的水泥颗粒外,多数颗粒仍剩余尚未水化的内核。所以,硬化后的水泥石是凝胶体（凝胶和晶体)、未水化的水泥颗粒内核和毛细孔的组成,它们在不同时期相对数量的变化使水泥石的性质随之改变。
在水泥石中,水化硅酸钙凝胶对水泥石的强度及其他主要性质起支配作用。关于水泥石中凝胶之间产生黏结力的实质,即凝胶体具有强度的实质,虽然至今尚无明确的结论,但一般认为范德华力、氢键、离子引力以及表面张力是产生黏结力的巨大来源,也有认为可能有化学键力存在。
2)水泥速凝剂
水泥速凝剂是指能使水泥很快稠化的外加剂,如水玻璃（Na2 O・nSiO2)、含铝酸钠的速凝剂（711型等)。另外,氯化锂（LiCl・2H2 O)、硫酸锂（Li2 SO4)等对铝酸盐水泥速凝效果显著。主要使用水玻璃作为硅酸盐水泥的速凝剂。
（1)水玻璃的性质
水玻璃又称为泡花碱,是一种碱金属硅酸盐,由不同比例的碱金属和二氧化硅所组成,最常用的是硅酸钠水玻璃Na2 O・nSiO2,还有硅酸钾水玻璃K2 O・nSiO2等。水玻璃按状态不同分为固体水玻璃和液体水玻璃。固体水玻璃是由磨细的石英砂和碳酸钠按一定比例混合后,在1 300～1 400℃熔炉中反应制得的。反应式如下:
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