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微觀世界的奧秘 | 水泥水化後的另一個世界

 釋出時間•·:2019-07-24 點選量•·:3757

水泥是無機非金屬材料中用量大的建築材料之一▩☁╃,已成為當今第二大製品₪✘◕↟·。自 1985 年起▩☁╃,中國水泥產量 21 年來一直雄居世界di一▩☁╃,到 2005 年▩☁╃,中國的水泥年產量已達 1.064 億噸▩☁╃,佔世界水泥產量的 48% 左右₪✘◕↟·。世界上水泥品種已達上百種▩☁╃,但矽酸鹽類水泥仍占主導地位₪✘◕↟·。

 

水化反應

 

水泥的水化反應是一個極其複雜的過程▩☁╃,不僅包括孰料礦物的水化反應▩☁╃,還包括各種混合材的反應▩☁╃,此外▩☁╃,還涉及到微觀孔結構的形成以及水分傳輸的過程₪✘◕↟·。

 

矽酸鹽水泥的水化產物特性在水泥的水化反應研究中具有重要的意義₪✘◕↟·。水化產物的成分性質對水泥石後期強度的發展以及混凝土結構的強度發展具有決定性的影響₪✘◕↟·。

 

矽酸鹽水泥與水作用後▩☁╃,生成的主要水化產物為水化矽酸鈣和水化鐵酸鈣凝肢▩☁╃,氫氧化鈣◕☁·•、水化鋁酸鈣和水化硫鋁酸鈣晶體₪✘◕↟·。在*水化的水泥石中▩☁╃,水化矽酸鈣約佔 70%▩☁╃,氫氧化鈣約佔 20% ▩☁╃,鈣磯石和單硫型硫鋁酸鈣約佔 7%₪✘◕↟·。下面對主要水化產物(水化矽酸鈣和氫氧化鈣)作一些介紹₪✘◕↟·。

 

水化矽酸鈣

 

       

圖1 飛納電鏡下的水化矽酸鈣

 

水泥水化產物▩☁╃,從佔有的比例和體積看▩☁╃,*水化矽酸鈣(C-S-H 凝膠)₪✘◕↟·。在水泥水化的後期▩☁╃,水泥水化反應漸趨減慢▩☁╃,各種水化產物逐漸填滿原來由水所佔據的空間₪✘◕↟·。

 

透過掃描電鏡影象觀察▩☁╃,由於大量錨片狀◕☁·•、纖維狀 C-S-H 凝膠的交叉攀附▩☁╃,從而使原先分散的水泥顆粒及其水化產物連結起來▩☁╃,構成一個三維空間牢固結合較密實的整體▩☁╃,終在水泥石硬化後構成水泥石強度₪✘◕↟·。因此▩☁╃,水化矽酸鈣凝膠對水泥布的強度及其他主要性質起支配作用₪✘◕↟·。

 

氫氧化鈣

 

   

圖2 水泥水化產生的氫氧化鈣

 

水泥水化反應的過程中▩☁╃,除了生成水化矽酸鈣凝膠外▩☁╃,還會生成大量的氫氧化鈣(CH)₪✘◕↟·。

 

CH 微溶於水▩☁╃,在溶液中的濃度很快達到過飽和▩☁╃,並立即以六方板狀或者方形晶體析出₪✘◕↟·。

 

掃描電鏡拍攝到的水泥石影象中的 CH 為層狀結構◕☁·•、方形◕☁·•、片狀形態▩☁╃,這使它對水泥石的強度貢獻極少▩☁╃,而其層間較弱的連線▩☁╃,也可能是水泥石受力時裂縫的發源地₪✘◕↟·。

 

CH 的強度很低▩☁╃,穩定性極差▩☁╃,在侵蝕條件下是首先遭到侵蝕的組分▩☁╃,而且它們多在水泥石和集料的介面處富集並結晶成粗大晶粒▩☁╃,因而介面的黏結被削弱▩☁╃,成為水泥基材料中薄弱環節₪✘◕↟·。

 

水泥是工業生產中重要的原材料之一₪✘◕↟·。水泥的水化反應過程是水泥發揮其各項效能的基礎▩☁╃,正確地理解水泥的水化反應對於充分發揮水泥效能▩☁╃,選擇合適的水泥使用條件▩☁╃,解決其在生產使用中各種問題具有重要意義₪✘◕↟·。

 

參考文獻

 

陳永霞. 混凝土中水泥的水化過程及主要水化產物特性 [J]. 青海交通科技, 2013(3):5-6.

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