影响水泥凝结硬化的因素有哪些

水泥的凝结硬化：水泥用适量的水调和后，最初形成具有可塑性的浆体，随着时间的增长，失去可塑性（但无强度），这一过程称为初凝，开始具有强度时称为终凝。由初凝到终凝的过程称为水泥的凝结。此后，产生明显的强度并逐渐发展而成为坚硬的石状物—水泥石，这一过程称为水泥的硬化。影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素：（1）水泥组成成分；（2）石膏掺量；（3）水泥细度；（4）养护条件（温度、湿度）；（5）养护龄期；（6）拌和用水量；（7）外加剂；（8）贮存条件。5、硅酸盐水泥的技术性质：

（1）细度：指水泥颗粒的粗细程度，它直接影响着水泥的性能和使用。凡水泥细度不符合规定者为不合格品。（2）凝结时间：分初凝时间和终凝时间。从加入拌和用水至水泥浆开始失去塑性所需的时间，称为初凝时间。自加入拌和用水至水泥将完全失去塑性，并开始有一定结构强度所需的时间，称为终凝时间。国家标准规定硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于65h。凡初凝时间不符合规定者为废品，终凝时间不符合规定者为不合格品。（3）体积安定性：是指水泥在凝结硬化过程中，水泥体积变化的均匀性。体积安定性不良的水泥作废品处理。（4）强度及强度等级：水泥强度是表明水泥质量的重要技术指标，也是划分水泥强度等级的依据。按标准方法制作的一组试件，分别测定3d和28d的抗压强度和抗折强度，根据测定结果，查表确定硅酸盐水泥的强度等级。（5）碱含量：指水泥中Na2O和K2O的含量。国家标准规定：水泥中碱含量不得大于060%或由供需双方商定国家标准中还规定：凡氧化镁、三氧化硫、安定性、初凝时间中任一项不符合标准规定时，均为废品。凡细度、终凝时间、强度低于规定指标时称为不合格品。废品水泥在工程中严禁使用。若水泥仅强度低于规定指标时，可以降级使用。二、掺混合材料的硅酸盐水泥1、掺混合材料的作用：在水泥熟料中加入混合材料后，可以改善水泥的性能，调节水泥的强度，增加品种，提高产量，降低成本，扩大水泥的使用范围，同时可以综合利用工业废料和地方材料。根据掺入混合材料的数量和品种不同有：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。2、混合材料种类：（1）活性混合材料：能与水泥水化产物氢氧化钙起化学反应，生成水硬性胶凝材料，凝结硬化后具有强度并能改善硅酸盐水泥的某些性质。常用有粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料和粉煤灰。（2）非活性混合材料：与水泥矿物成分不起化学作用或化学作用很小，将其掺入水泥熟料中仅起提高水泥产量、降低水泥强度等级和减少水化热等作用。材料有：磨细石英砂、石灰石、粘土、慢冷矿渣及各种废渣。3、普通硅酸盐水泥：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料。代号PO。特点：与硅酸盐水泥相比，早期硬化速度稍慢，3d的抗压强度稍低，抗冻性与耐磨性也稍差。4、矿渣硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。代号PS。特点：与硅酸盐水泥相比，有以下特点：（1）凝结硬化慢；（2）早期强度低，后期强度增长较快；（3）水化热较低；（4）抗碳化能力较差；（5）保水性差，泌水性较大；（6）耐热性较好；（7）硬化时对湿热敏感性强。5、火山灰硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。代号PP。特点：水化凝结硬化慢，早期强度低，后期强度增长率较大，水化热低，耐蚀性强，抗冻性差，易碳化，干缩较矿渣水泥显著，具有较高抗渗性。6、粉煤灰硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。代号PF。特点：干缩性比较小、抗裂性好；吸水率小、配制的混凝土和易性较好。7、复合水泥：由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。代号PC。8、六种常用水泥的特性和常用水泥的选用详见教材表46和表47。第五章 混凝土本章主要了解普通混凝土的组成材料、主要技术性能和影响性能的因素，重点掌握普通混凝土配合比设计的方法。一、概述混凝土是由胶凝材料、颗粒状的粗细骨料和水（必要时掺入一定数量的外加剂和矿物混合材料）按适当比例配制，经均匀搅拌、密实成型，并经过硬化后而成的一种人造石材。土木建筑工程中，应用最广的是以水泥为胶凝材料，以砂、石为骨料，加水拌制成混合物，经一定时间硬化而成的水泥混凝土。1、混凝土的分类：（1） 按胶结材料分：水泥混凝土、石膏混凝土、沥青混凝土及聚合物混凝土等。（2）按表观密度分：重混凝土、普通混凝土、轻混凝土及特轻混凝土。（3）按性能与用途分：结构混凝土、水工混凝土、装饰混凝土及特种混凝土。（4）按施工方法分：泵送混凝土、喷射混凝土、振密混凝土、离心混凝土等。（5）按掺合料分：粉煤灰混凝土、硅灰混凝土、磨细高炉矿渣混凝土、纤维混凝土等。2、混凝土的特点：优点：（1）使用方便；（2）价格低廉；（3）高强耐久；（4）性能易调；（5）有利环保。主要缺点：自重大、抗拉强度低、呈脆性、易裂缝。

总结土木工程材料中水泥硬化特点：

水泥的水化和凝结硬化是从水泥颗粒表面开始,逐渐往水泥颗粒的内核深入进行的。开始时水化速度快,水泥的强度增长也较快;但随着水化不断进行,堆积在水泥颗粒周围的水化物不断增多,阻碍水和水泥未水化部分的接触,水化减慢,强度增长也逐渐减慢,但无论时间多久,有些水泥颗粒的内核很难完全水化。因此,在硬化后的水泥石中,包含了水泥熟料的水化产物、末水化的水泥颗粒、水(自由水和吸附水)和孔隙(毛细孔和凝胶孔),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。

水泥的凝结硬化是一个物理化学变化过程，并不仅仅是物理过程。

让我们来简单看一下水泥的组成：

硅酸三钙（3CaO·SiO2）、硅酸二钙（β-2CaO·SiO2）、铝酸三钙（3CaO·Al2O3）和铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3），它们分别被简写为C3S, C2S, C3A, 和C4AF。

而硅酸三钙，也就是C3S在水泥中的组成大约可以占到60％，所以水泥的性能与C3S（Ca3SiO5） 的水合及其老化有很强的相关性，硅酸盐水泥的水合是一个非常复杂的过程， 同时涉及到几个物理和化学反应， 随着水化的不断深入， 直到水泥老化完全， 移动水分子不断地转化为水泥中结合在氢合物中不动的水分子（C-S-H），Ca3SiO5 与水反应的水合过程可以如下

来自Acta Phys Sin Vol 64, No 5 (2015) 056101

这一水化过程当然是化学过程，你可以简单地认为这个过程是水分子的扩散过程，（由运动的水变为静止的水的过程），如下图

来自NATURE COMMUNICATIONS | DOI: 101038/ncomms10952

有多种方法可以检测这一过程：

1）　水分子的扩散：准弹性中子散射(QENS)

水分子的扩散有一个准弹性散射，中子信号谱发生宽化。

来自Direct measurement of the state of water in hydrating paste

2）　硅氧四面体的结合状态：固体核磁（NMR）

硅酸三钙（3CaO·SiO2）发生水化的主要部分就是硅氧四面体的结合，这种结合可以将其简单归类为Q0/1/2/3/4，就是不同数量的四面体聚合在一起，这其实就是水泥水化的本质，如下图

来自Materials 2016, 9, 99; doi:103390/ma9020099

因为不同的结合数量有不同的核屏蔽效果，所以核磁共振是一种可以利用的监测水化过程的方法，如下图，不同的结合数量有不同核磁信号，

来自NATURE COMMUNICATIONS | DOI: 101038/ncomms10952

以上就是水泥中所发生的化学变化过程。

室内彩色混凝土密封固化剂工程施工工序：

基面处理：

先用50—500目的磨片彻底打磨地面，至手感平滑为止，并用吸尘器或其他工具彻底清扫地面灰尘，使地面毛细孔能够充分吸收材料；

喷洒材料:

待表面晾干后喷洒两道SPR568/C密封固化剂，第一道SPR568/C上完待6—8小时表面干燥后，再涂刷第二道SPR568/C，用量约02KG/㎡(水磨石或金刚砂地面）；

喷洒材料：

喷洒SPR568/B直至表面有结晶，让其自然渗透30—60分钟，之后用清水冲洗地面，将表面结晶清洗干净；

喷洒材料：

用喷雾器将SPR568/A均匀涂布于已干燥的地面之上，让其反应约10—30分钟后用清水冲洗地面，并用洗地机将表面结晶清洗干净。

精细抛光：

待SPR568/A涂刷6—8小时后，用抛光机安装500目、800目、1000目、2000目、3000目的磨片干抛（抛光过程保证干膜，请勿带水作业），精细抛光抛三至四次直至达到客户要求，并用吸尘器将表面清洁干净；

喷洒保护剂：

约待其自然表干（约6-8小时）后，用2000-3000目的树脂抛光（抛光过程保证干磨，请勿带水作业）后即可使用。

当水泥与适量的水调和时，开始形成的是一种可塑性的浆体，具有可加工性。随着时间的推移，浆体逐渐失去了可塑性，变成不能流动的紧密的状态，此后浆体的强度逐渐增加，直到最后能变成具有相当强度的石状固体。如果原先还掺有集合料如砂、石子等，水泥就会把它们胶结在一起，变成坚固的整体，即我们常说的混凝土。这整个过程我们把它叫做水泥的凝结和硬化。

从物理、化学观点来看，凝结和硬化是连续进行的、不可截然分开的一个过程，凝结是硬化的基础，硬化是凝结的继续。

水泥的凝结和硬化，是一个复杂的物理—化学过程，其根本原因在于构成水泥熟料的矿物成分本身的特性。水泥熟料矿物遇水后会发生水解或水化反应而变成水化物，由这些水化物按照一定的方式靠多种引力相互搭接和联结形成水泥石的结构，导致产生强度。

水泥的凝结和硬化：

1)、3CaO·SiO2+H2O→CaO·SiO2·YH2O（凝胶）+Ca（OH）2；

2)、2CaO·SiO2+H2O→CaO·SiO2·YH2O（凝胶）+Ca（OH）2；

3)、3CaO·Al2O3+6H2O→3CaO·Al2O3·6H2O（水化铝酸钙，不稳定）；

3CaO·Al2O3+3CaSO4·2 H2O+26H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O（钙矾石，三硫型水化铝酸钙）3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O+2〔3CaO·Al2O3〕+4 H2O→3〔3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O〕（单硫型水化铝酸钙）

4)、4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O→3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O

水泥的主要成分是硅酸盐，在遇到空气中的水分和氧气时会发生硬化。

水泥硬化的有关化学方程式如下：

1、3CaOSiO2+6H2O=3CaOSiO23H2O+3Ca(OH)2

2、2(2CaOSiO2)+4H2O=3CaOSiO23H2O+Ca(OH)2

3、3CaOAl2O3+6H2O=3CaOAl2O36H2O

这些硬化过程都是复杂的化学变化过程，也正因如此，水泥硬化才能更加完全。

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