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微觀世界的奧秘 | 水泥水化后的另一個(gè)世界
水泥是無(wú)機(jī)非金屬材料中用量大的建筑材料之一，已成為當(dāng)今第二大制品。自 1985 年起，中國(guó)水泥產(chǎn)量 21 年來(lái)一直雄居世界di一，到 2005 年，中國(guó)的水泥年產(chǎn)量已達(dá) 1.064 億噸，占世界水泥產(chǎn)量的 48% 左右。世界上水泥品種已達(dá)上百種，但硅酸鹽類水泥仍占主導(dǎo)地位。
水化反應(yīng)
水泥的水化反應(yīng)是一個(gè)極其復(fù)雜的過(guò)程，不僅包括孰料礦物的水化反應(yīng)，還包括各種混合材的反應(yīng)，此外，還涉及到微觀孔結(jié)構(gòu)的形成以及水分傳輸?shù)倪^(guò)程。
硅酸鹽水泥的水化產(chǎn)物特性在水泥的水化反應(yīng)研究中具有重要的意義。水化產(chǎn)物的成分性質(zhì)對(duì)水泥石后期強(qiáng)度的發(fā)展以及混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度發(fā)展具有決定性的影響。
硅酸鹽水泥與水作用后，生成的主要水化產(chǎn)物為水化硅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，水化硅酸鈣約占 70%，氫氧化鈣約占 20% ，鈣磯石和單硫型硫鋁酸鈣約占 7%。下面對(duì)主要水化產(chǎn)物(水化硅酸鈣和氫氧化鈣)作一些介紹。
水化硅酸鈣
圖1 飛納電鏡下的水化硅酸鈣
水泥水化產(chǎn)物，從占有的比例和體積看，*水化硅酸鈣(C-S-H 凝膠)。在水泥水化的后期，水泥水化反應(yīng)漸趨減慢，各種水化產(chǎn)物逐漸填滿原來(lái)由水所占據(jù)的空間。
通過(guò)掃描電鏡圖像觀察，由于大量錨片狀、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(chǎn)物連結(jié)起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)三維空間牢固結(jié)合較密實(shí)的整體，終在水泥石硬化后構(gòu)成水泥石強(qiáng)度。因此，水化硅酸鈣凝膠對(duì)水泥布的強(qiáng)度及其他主要性質(zhì)起支配作用。
氫氧化鈣
圖2 水泥水化產(chǎn)生的氫氧化鈣
水泥水化反應(yīng)的過(guò)程中，除了生成水化硅酸鈣凝膠外，還會(huì)生成大量的氫氧化鈣(CH)。
CH 微溶于水，在溶液中的濃度很快達(dá)到過(guò)飽和，并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圖像中的 CH 為層狀結(jié)構(gòu)、方形、片狀形態(tài)，這使它對(duì)水泥石的強(qiáng)度貢獻(xiàn)極少，而其層間較弱的連接，也可能是水泥石受力時(shí)裂縫的發(fā)源地。
CH 的強(qiáng)度很低，穩(wěn)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界面處富集并結(jié)晶成粗大晶粒，因而界面的黏結(jié)被削弱，成為水泥基材料中薄弱環(huán)節(jié)。
水泥是工業(yè)生產(chǎn)中重要的原材料之一。水泥的水化反應(yīng)過(guò)程是水泥發(fā)揮其各項(xiàng)性能的基礎(chǔ)，正確地理解水泥的水化反應(yīng)對(duì)于充分發(fā)揮水泥效能，選擇合適的水泥使用條件，解決其在生產(chǎn)使用中各種問(wèn)題具有重要意義。
參考文獻(xiàn)
陳永霞. 混凝土中水泥的水化過(guò)程及主要水化產(chǎn)物特性 [J]. 青海交通科技, 2013(3):5-6.
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