水泥的凝结硬化过程

水泥加水拌合后，首先是水泥颗粒表面的矿物溶解于水并与水发生水化反应，最初形成具有可塑性的浆体，随着水化反应的进行，水泥浆体逐渐变稠失去可塑性，这一过程称为水泥的凝结；随着水化反应的进一步进行，凝结的水泥浆体开始产生强度，并逐渐发展成为坚硬的水泥石，这一过程称为硬化。水泥浆的凝结、硬化是水泥水化的外在反映，它是一个连续的、复杂的物理化学变化过程，其结果决定了硬化水泥石的结构和性能。

硅酸三钙（C3S）在水泥熟料中的含量一般占50%左右，有时高达60%以上，故硬化水泥浆体的性能在很大程度上取决于C3S的水化作用、产物以及所形成的相应结构。

硅酸三钙的水化速度很快，其水化过程根据水化放热速度-时间曲线，可划分为五个阶段：
①诱导前期（Ⅰ）​。加水后立即发生急剧反应，但该阶段时间很短，在15min以内结束。
②诱导期（Ⅱ）​。这一阶段反应速度极其缓慢，又称静止期，一般持续1～4h，是硅酸盐水泥浆体能在几小时内保持塑性的原因。初凝时间基本上相当于诱导期的结束。
③加速期（Ⅲ）​。反应重新加快，反应速度随时间延长而增大，出现第二个放热峰，在到达峰顶时本阶段即告结束。一般持续4～8h，此时终凝已过，开始硬化。
④减速期（Ⅳ）​。反应速度随时间延长而下降，该阶段一般持续约12～24h，水化作用逐渐受扩散速度的控制。
⑤稳定期（Ⅴ）​。反应速度很低、处于基本稳定的阶段，水化作用完全受扩散速度控制。硅酸盐水泥的凝结硬化过程，一般按水化反应速率和物理化学的主要变化可分为四个阶段。
①初始反应期。水泥加水拌合后，未水化的水泥颗粒分散在水中，成为水泥浆体。水泥颗粒的水化从其表面开始。水和水泥接触，水泥颗粒表面的熟料矿物与水反应，形成相应的水化产物并溶于水中。
②潜伏期。水化作用继续下去，使水泥颗粒周围的溶液很快达到水化产物的饱和或过饱和状态。由于各种水化产物的溶解度都很小，继续水化的产物以细分散状态的胶体颗粒析出，附在水泥颗粒表面，形成凝胶膜包裹层。在水化初期，水化产物不多，包有水化产物膜层的水泥颗粒之间仍彼此分离着，水泥浆具有可塑性。水泥颗粒不断水化，水化产物膜层逐渐增厚，减缓了外部水分的渗入和水化产物向外扩散的速度，使水化反应在一段时间变得缓慢。
③凝结期。随着水化反应的不断深入，膜层内部的水化产物不断向外突出，最终导致膜层破裂，水化又重新加速。水泥颗粒间的空隙逐渐缩小，而包有凝胶体的颗粒则逐渐接近，以致相互接触，接触点的增多形成了空间网状结构。凝聚结构的形成，使水泥浆开始失去可塑性，此为水泥的初凝，但这时还不具有强度。
④硬化期。以上过程不断地进行，固态的水化产物不断增多并填充颗粒间的空隙，毛细孔越来越少，结晶体和凝胶体互相贯穿形成的凝聚-结晶网状结构不断加强，结构逐渐紧密。水泥浆体完全失去可塑性，达到能担负一定荷载的强度，水泥表现为终凝，并开始进入硬化阶段。水泥进入硬化期以后，水化速度逐渐减慢，水化产物随时间的增长而逐渐增加，扩展到毛细孔中，使结构更加致密，强度也相应提高。

水泥的水化反应是从颗粒表面深入到内核的。开始时水化速度较快，水泥的强度增长快，但由于水化反应不断进行，聚积在水泥颗粒周围的水化产物不断增多，阻碍了水和未水化的水泥接触，水化速度减慢，强度增长也逐渐减慢。但无论时间多久，水泥颗粒的内核很难完全水化。因此，在硬化水泥石中，同时包含有水泥熟料矿物水化的凝胶体和结晶体、未水化的水泥颗粒、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。

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本文标题：水泥的凝结硬化过程

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