硅酸鹽水泥的組成和固化原理
水泥是使用最為廣泛的建筑材料,它不僅在工業(yè)和民用建筑中大量使用,還普遍應用于公路、橋梁、鐵路、水利和國防建設等關系到國計民生的重大工程。水泥具有優(yōu)良的機械強度和經(jīng)濟適用性,是幾乎所有工業(yè)和民用地板的基礎材料。環(huán)氧地坪施工涂裝主要是針對水泥地板的涂裝工程,因此對水泥和水泥地板的特性先做簡要介紹。
水泥的組成和固化原理
水泥是一種粉末狀固體材料,當它與水混合后,在常溫下經(jīng)過物理化學作用,能由可塑性漿狀體逐漸凝結硬化,變成尖硬的石狀體,所以水泥是一種良好的礦物膠凝材料。
水泥能將砂、石等散粒材料或磚塊等塊狀材料膠結為整體,它不僅能像石灰和石膏那樣在空氣中凝結和硬化,還能更好地在水里硬化,保持并不斷提高其強度,因此更具體地應屬于水硬性膠凝材料。
水泥的品種很多,分類繁雜,按組成成分可以分為硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、硫酸鹽水泥以及磷酸鹽、鐵鋁酸鹽、氟鋁酸鹽、無熟料水泥等。其中以硅酸鹽系列水泥的應用最為廣泛,大量用于各種普通建筑工程。由于工業(yè)地坪涂裝主要是針對硅酸鹽類水泥地面的涂裝,所以本文只簡要介紹硅酸鹽水泥的組成和固化原理。
1.硅酸鹽水泥的組成
硅酸鹽水泥在國際上統(tǒng)稱為波特蘭水泥(portland cement)在我國命名為硅酸鹽水泥,是因為其主要成分為硅酸鹽礦物。它是由以硅酸鈣為主要成分的水泥熟料,加人適量的石膏和混合材料,經(jīng)磨細制成。硅酸鹽水泥的生產(chǎn)過程分為制備生料、鍛燒熟料、粉磨水泥三個階段,簡稱兩磨一燒。
硅酸鹽水泥熟料的主要生產(chǎn)原料是石灰質原料和貓土質原料。硅酸鹽水泥主要由四種礦物組成,其名稱、化學式和含量范圍如下:
硅酸三鈣,含量36%~60%
硅酸二鈣,含量15%~37%
鋁酸三鈣,含量7%~15%
鐵鋁酸四鈣,含量10%~18%
此外,硅酸鹽水泥尚含有游離氧化鈣、游離氧化鎂、含堿礦物以及玻璃體等會導致水泥不良性能的成分。
2.硅酸鹽水泥的固化原理
水泥加水拌和的漿體,會發(fā)生水化反應,并逐漸凝結,轉變?yōu)榫哂幸欢ńY構強度的堅硬固體,即為水泥的固化??梢姡撬喙袒那疤?,而凝結硬化則是水泥固化的結果.
(1)硅酸鹽水泥的水化水泥是多礦物的聚集體,成分比較復雜,各礦物的水化會互相影響。
硅酸鹽水泥熟料的四種礦物組成中,硅酸三鈣的水化速度最快,硅酸二鈣的水化最慢。
硅酸三鈣和硅酸二鈣水化均生成水化硅酸鈣和氫氧化鈣.水化硅酸鈣不溶于水,會立即以膠體微粒析出形成凝膠。生成的氫氧化鈣量大,在溶液中的濃度很快達到過飽和,呈六方板狀晶體析出.
水化鋁酸三鈣為立方晶體,一部分會與氫氧化鈣反應,生成六方晶體的水化鋁酸四鈣。另一部分則會與石膏反應,生成高硫型水化硫鋁酸鈣晶體和單硫型水化硫鋁酸鈣晶體。
如果忽略次要成分,硅酸鹽水泥完全水化的水泥石中,水化硅酸鈣約為70%,氫氧化鈣約占20%,鈣礬石和單硫型水化硫鋁酸鈣約占7%, 硅酸鹽水泥的水化反應為放熱反應,放出的熱量稱為水化熱,水化熱的大小以及放熱速率主要取決于水泥的礦物組成,其次還與水泥細度、貯存時間、配合水灰比、水化溫度以及水泥中摻混合材、外加劑等因素有關。
水化熱對混凝土工藝有不利的一面,例如對大體積混凝上工程,在施工時混凝土體內的溫度因水泥放熱而升高,會導致水泥“燒壞”等。但是也有有利的一面,例如在冬季施工時,由于氣溫太低,達不到水化所需要的活化能,這時水化反應放出的熱量,可以促進水泥的反應和固化。
(2)硅酸鹽水泥的凝結硬化水泥漿體硬化過程可分為早、中、后三個時期.隨著水化反應的逐步深化,各種水化產(chǎn)物逐漸填滿原來由水所占據(jù)的空間.同時,鈣礬石針狀晶體相互搭接,大量的片狀和纖維狀的水化硅酸鈣交叉攀附,使得分散的水泥顆粒及水化產(chǎn)物互相連接在一起,形成三維空間牢固結合的密實整體,即水泥石,完成了水泥的固化過程。因此,固化后的水泥是由凝膠體、未水化的水泥顆粒內核和毛細孔組成的水泥石。