基础知识辅导：硅酸盐水泥凝结、硬化过程

凝结：⽔泥加⽔拌和最初形成具有可塑性的浆体，然后逐渐变稠失去可塑性的过程称为凝结。硬化：⽔泥凝结后，强度逐渐提⾼并变成坚硬的⽯状固体—⽔泥⽯，这⼀过程称为硬化。从整体来看，凝结与硬化是同⼀过程中的不同阶段，凝结标志着⽔泥浆体失去流动性

⽽具有⼀定塑性强度。硬化则表⽰⽔泥浆体固化后所建⽴的结构具有⼀定机械强度。有关⽔泥凝结、硬化过程，历来有不同的观点。⽬前主要有结晶理论、胶体理论，以及在此基础上发展起来的各种理论和观点。

⽔泥的凝结、硬化过程是⼀个⾮常复杂的过程，实际上，⽔化过程中不同情况下会有不同的⽔化机理，不同的矿物在不同阶段，⽔化机理也不完全相同。要更清晰地揭⽰⽔泥凝结、硬化的机理与过程，还有待于进⼀步研究。

硅酸盐⽔泥的⽔化产物包括结晶度较差似⽆定形的⽔化硅酸钙凝胶(C-S-H)、结晶良好的氢氧化钙、钙矾⽯、单硫型⽔化硫铝酸钙以及⽔化铝酸钙等晶体。

⽔泥⽔化产物本⾝的化学组成和结构影响着硬化浆体的性能，各种⽔化产物的形貌及其相对含量在很⼤程度上决定着相互结合的坚固程度，与浆体结构的强弱密切相关。从⼒学性质看，物理结构有时⽐化学组成更有影响。即使⽔泥品种相同，适当改变⽔化产物的形成条件和发展情况，也可使孔结构与孔分布产⽣⼀定差异，从⽽获得不同的浆体结构，性能也发⽣相应的改变。硬化⽔泥浆体是⼀⾮均质的多相体系，由各种⽔化产物和残存熟料所构成的固相以及存在于孔隙中的⽔和空⽓所组成，是固.液.⽓三相多孔体。它具有⼀定的机械强度和孔隙率，⽽外观和其他性能⼜与天然⽯材相似，因此通常⼜称之为⽔泥⽯。⽔泥⽯的结构相当复杂，⽽且不均匀，⽬前还不能完全阐明其结构的，只能从⽔泥⽯组成、形貌、构造等各个⽅⾯，从不同层次进⾏研究与理解。下⾯我们简单说⼀下⽔泥⽯的的组成。

⽔泥⽯的组成：⽔泥浆硬化后的⽔泥⽯是由未⽔化的⽔泥颗粒、凝胶体的⽔化产物(C-S-H)、结晶体的⽔化产物(Ca(OH)2等)、以有未被⽔泥颗粒和⽔化产物所填满的原充⽔窨(⽑细孔和⽑细孔⽔)及凝胶体中的孔(凝胶孔)的组成。

⽔泥⽯的⼯程性质决定于⽔泥⽯的结构组成，即决定于⽔化物的类型和相对含量，以及孔的⼤⼩，形状和分布状态等。例如，当⽔泥的品种⼀定时，则⽔化产物的类型也是确定的，这时，⽔泥⽯的强度主要决定于⽔化产物的相对含量和孔隙的数量、⼤⼩、形状及分布状态。后者与拌和时⽤不量的⼤⼩(可⽤⽔灰⽐表⽰，即拌和时的⽤⽔量与⽔泥⽤量之⽐)密切相关。⽔灰⽐相同时，⽔化程度愈⾼，则⽔泥⽯结构中⽔化物愈多，⽽⽑细孔和未⽔化⽔泥的量相对减少，因此⽔泥⽯结构密实、强度⾼、耐久性好，对⽔化程度相同⽽⽔灰⽐不同的⽔泥⽯结构⽽⾔，则⽔灰⽐⼤的浆体，⽑细孔所占的⽐例相对增加，因此该⽔泥⽯的强度和耐久性下降。为此，降低⽔灰⽐，提⾼⽔泥浆或混凝⼟成型时的密实度以及加强养护等是⾮常重要的。

影响⽔泥凝结硬化的因素：湿度和温度。若⽔泥处于⼲燥环境，浆体中⽔分蒸发完毕后，则⽔泥⽆法继续⽔化，因⽽强度也不再增长，因此混凝⼟⼯程在浇灌后2~3周内必须加强洒⽔养护，以保证⽔化时所必需的⽔分。温度对⽔泥凝结硬化的影响也很⼤。温度愈⾼，凝结硬化的速度愈快，因此采⽤蒸汽养护是加带凝结硬化的⽅法之⼀。当温度较低时，凝结硬化速度⽐较缓慢，当温度为0度以下时，硬化将完全停⽌，并可能遭受冰冻破坏，因此，冬季采取保温等措施。下⾯说⼀下硅酸盐⽔泥性能4、 硅酸盐⽔泥性能

硅酸盐⽔泥性能主要有：强度、体积变化、凝结时间、⽔化热、保⽔性与泌⽔性，下⾯我们⼀⼀讲⼀下。4.1强度：

⽔泥强度是评价⽔泥质量的主要指标之⼀。由于⽔泥的强度随着龄期逐渐增长变化，因此必须先说明⼀下养护龄期问题。

早期强度：通常将⽔泥28天以前的强度称为早期强度;后期强度：28天及其以后的强度称为后期强度;

长期强度：也有将三个⽉、六个⽉或更长时间的强度称为长期强度。

⽔泥强度的测定，必须按照国家标准规定进⾏。⽔泥强度与⽔泥的组成、⽔灰⽐、⽔化程度、环境温度、湿度以及压⼒等有关。

(1).强度与⽔泥组成

硅酸盐⽔泥是由⽔泥熟料加适量⽯膏经磨细⽽成，因此⽔泥熟料的组成实际上决定了⽔泥⽔化速度、⽔化产物本⾝的强度、形态与尺⼨，对⽔泥强度的增长起着重要作⽤。研究表明，硅酸盐矿物含量是决定⽔泥强度的主要因素，⽔泥强度不是⼏种熟料矿物强度的简单加和。硬化⽔泥浆体28天强度基本上依赖于C3S含量。C3S含量⾼的⽔泥，在28天已经能发挥出强度的绝⼤部分，以后强度增长不⼤。⽽C2S含量⾼的⽔泥，虽然其强度增长速度开始时很慢，但能持续发展，到180天时其强度与前者已经⾮常接近。C3A对⽔泥强度的影响，存在着不同看法。从单矿物强度发展来看，C3A主要对极早期的强度有利，但也有⼈认为它对于28天强度仍有相当贡献。c4AF是硅酸盐⽔泥熟料的⼏个基本矿物组成中强度最差的⼀种，但有资料表明，C4AF不仅对⽔泥的早期强度有相当贡献，⽽且更有助于后期强度发展，其含量⼤⼩也是影响⽔泥各龄期强度的⼀个主要因素。(2).强度与⽔灰⽐

⽔泥⽔化时，⽔灰⽐越⼤，产⽣的⽑细孔隙越多。⽔泥浆体越不密实，硬化⽔泥浆体强度越低。因此，⽔灰⽐直接影响硬化⽔泥浆体的孔隙率，并且与⽔泥的强度密切相关。硬化⽔泥浆体的密实程度也⽤胶空⽐来表⽰。

胶空⽐：是指凝胶固相在浆体总体积中所占的⽐例，也就是凝胶体填充浆体内原有孔隙的程度。

随着⽔泥⽔化程度的提⾼，凝胶体积不断增加，⽑细孔隙率相应减少，⽔泥浆体强度提⾼。因此，⽔泥浆体的强度与⽔泥⽔化程度之间也存在着相似的关系。当⽔灰⽐⼀定时，⽔泥⽔化程度越⾼，浆体孔隙率越低，⽔泥强度越⾼;当⽔泥的⽔化程度相同时，⽔灰⽐决定了浆体的孔隙率，⽔灰⽐越⼤，孔隙率越⾼，强度越低。(3)、温度和压⼒的影响

提⾼养护温度，⽔泥的⽔化加速，强度在初期能较快发展，但以后的强度发展可能有所降低，特别是抗折强度更为显著。相反，在较低温度时，虽然⽔化硬化速率变慢，但可能获得较⾼的最终强度。提⾼养护温度必须不使⽔泥浆体⼲燥，否则⽔化作⽤可能停⽌，因此，⼀般宜⽤饱和蒸汽进⾏养护。如果将养护温度提⾼到100℃以上，就必须采⽤⾼压饱和蒸汽。但是，在蒸压条件下，⾼温对强度的损伤⽐较严重，⽽且⽔化产物的化学组成和物理性质都会发⽣变化。4.2 体积变化

体积安定性也是⽔泥的⼀项很重要性能指标。如果⽔泥在⽔化、硬化过程中产⽣剧烈⽽不均匀的体积变化，其安定性不良，该⽔泥就不得使⽤。另⼀⽅⾯，⽔泥⽔化、硬化前后，其体系的总体积缩⼩，⽽固相体积增⼤;环境的温度和湿度变化以及⼤⽓作⽤等各种原因，也会引起⽔泥浆体在⽔化、硬化前后的体积变化，如：湿胀⼲缩和碳化收缩等，这些体积变化都会不同程度影响到硬化⽔泥浆体的物理⼒学和耐久性能。特别要重视⽔泥浆体的体积变化均匀性，如果体积变化很不均匀，影响将更为严重。

硬化⽔泥浆体的体积随含⽔量⽽变。⼲燥使硬化⽔泥浆体产⽣体积收缩(简称“⼲缩”)，潮湿时则会发⽣体积膨胀(简称“湿胀”)。⼲缩和湿胀⼤部分是可逆的，硬化⽔泥浆体在第⼀次⼲燥收缩后，再在潮湿环境中，其体积收缩会部分得到恢复，因此⼲湿循环可导致硬化⽔泥浆体反复胀缩，但还遗留有部分不可逆收缩。⼲燥与失⽔有关，但两者并不成线性关系。相对湿度不同，硬化⽔泥浆体的收缩也不同。⽬前对于⼲燥引起收缩的确切原因有不同解释，⼀般认为与⽑细孔张⼒、表⾯张⼒以及层间⽔的变化等因素有关。

碳化收缩是引起硬化⽔泥浆体体积变化的主要⽅⾯。空⽓中的⼆氧化碳，在有⽔汽存在条件下，可以与⽔泥浆体内所含氢氧化钙作⽤，⽣成碳酸钙和⽔，从⽽引起硬化⽔泥浆体体积减少，这种体积收缩称为碳化收缩，是不可逆收缩。

硬化⽔泥浆体体积的变化，不论是收缩还是膨胀，最重要的是体积变化的均匀性，剧烈⽽不均匀的体积变化，是使浆体整体性变差，甚⾄开裂破坏的⼀个主要因素。4.3 凝结时间

⽔泥浆体的凝结时间，对于⼯程施⼯具有重要意义。

⽔泥浆体结构的形成过程实际上就是⽔泥⽔化产物长⼤、增多到⾜以将各种颗粒初步联接成的过程。因此，凡是影响⽔泥⽔化速度的各种因素，基本上也同样地影响着⽔泥的凝结时间，如矿物组成、细度、⽔灰⽐、温度和外加剂等。从矿物组成来看，Ga3A⽔化最为迅速，C3S⽔化快，数量也多，因⽽这两种矿物与⽔泥的凝结、硬化速度关系最为密切。⼀般如果是⽔泥熟料经磨细后遇⽔，会迅速发⽣凝结，因此常在⽔泥熟料中加⼊适量⽯膏，以调节凝结时间。4.4⽔化热

⽔化热是⽔泥⽔化作⽤⽽产⽣。对于尺⼨较⼤的构筑物，由于⽔泥⽔化产⽣的热量不易散失，内部温度升⾼，与其表⾯温差过

⼤，就会产⽣较⼤的温度应⼒⽽导致裂缝。因此，对于⼤型基础以及堤坝等⼤体积混凝⼟⼯程，⽔化热是⽔泥⼀个相当重要的性能。⽔泥⽔化放热的周期相对较长，但⼤部分的热量释放是发⽣在3天以内，特别是在⽔泥浆体发⽣凝结、硬化初期。⽔化热⼤⼩以及放热速率，⾸先取决于⽔泥的矿物组成。不同熟料矿物，其⽔化热⼤⼩及放热快慢不同，因此可以通过调整熟料矿物组成，来配制低热⽔泥。⽔化热不仅与矿物组成有关，⽽且还与⽔泥的细度、⽔灰⽐、养护温度等有关。实际上，凡能够加速⽔泥⽔化的因素，均能相应提⾼放热速率，影响⽔泥的⽔化热，从⽽影响构筑物的温升。4.5保⽔性与泌⽔性

⽔泥保⽔性：是指⽔泥浆体在静置条件下保持⽔分的能⼒。

泌⽔性：则是指⽔泥浆体所含⽔分从浆体中析出的难易程度，⼜称析⽔性。

在混凝⼟制备过程中，实际拌和⽤⽔往往⽐⽔泥⽔化所需的⽔量多，如果所⽤⽔泥的泌⽔性⼤，则导致混凝⼟分层离析，破坏混凝⼟均⼀性;同时使⽔泥浆体和集料、钢筋之间不能牢固粘结，并形成较⼤孔隙。所以⽤泌⽔性⼤的⽔泥所配制的混凝⼟，孔隙率提⾼，特别是连通的⽑细孔较多，质量不均，抗渗性、抗冻性以及耐蚀等性能较差;由于分层、离析，导致混凝⼟界⾯薄弱层的出现，使混凝⼟整体⼒学强度等性能降低。如果⽔泥的保⽔性不好，则拌成的砂浆在砌筑时，很容易被所接触的砖、砌块等基材吸去⽔分，从⽽降低其可塑性与粘结性，不能形成牢固的粘结：⽽且施⼯也不⽅便。⼀般情况下，凡是能够改善⽔泥泌⽔性的因素，⼀般都能提⾼其保⽔性。例4、 影响⽔泥强度的因素有()A、⽔泥的组成B、⽔灰⽐C、环境温度D、湿度。答案：ABCD

我们知道⽔泥的强度与⽔泥的组成、⽔灰⽐、环境温度、湿度、⽔化程度以及压⼒等有关例5、 下列关于硅酸盐⽔泥凝结、硬化过程()是正确的

A、 ⽔泥加⽔拌和最初形成具有可塑性的浆体的过程叫做⽔泥的凝结B、 凝结与硬化是同⼀过程中的不同阶段，

C、 凝结标志着⽔泥浆体失去流动性⽽具有⼀定塑性强度。D、 硬化表⽰⽔泥浆体固化后所建⽴的结构具有⼀定机械强度。

答案：BCD凝结的概念是这样的⽔泥加⽔拌和最初形成具有可塑性的浆体然后逐渐变稠失去可塑性的过程称为凝结。例6、 下列说法正确的是()

A、 ⽤泌⽔性⼤的⽔泥，则导致混凝⼟分层离析，但不破坏混凝⼟均⼀性B、 ⽤泌⽔性⼤的⽔泥所配制的混凝⼟抗渗性、抗冻性以及耐蚀等性能较差

C、 ⽔保⽔性不好的⽔泥所拌成的砌筑砂浆很容易被所接触的砖、砌块等基材吸去⽔分D、 能改善⽔泥泌⽔性的因素，⼀般不能提⾼其保⽔性。

答案：BC A句说⽤泌⽔性⼤的⽔泥，则导致混凝⼟分层离析，这前半句是正确的，但后半句说不破坏混凝⼟均⼀性就不对了，混凝⼟离析，必然破坏了混凝⼟均⼀性，另外⼀般情况下，凡是能够改善⽔泥泌⽔性的因素，⼀般都能提⾼其保⽔性。因此D句也是不对的。