硅酸盐水泥的水化反应过程是怎样的

硅酸盐水泥的水化反应是水泥加水后，其熟料矿物（主要为硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙）与水发生的一系列物理化学反应，最终形成具有胶凝性能的水化产物，使水泥浆体逐渐凝结硬化为坚硬的水泥石。其水化反应过程可分为以下五个阶段：

一、初始水解期（快速反应期）

反应特征：水泥加水后，熟料矿物表面迅速与水接触，发生水化反应，生成水化硅酸钙（C-S-H凝胶）、氢氧化钙（Ca(OH)₂）、水化铝酸钙等产物。

放热特性：反应剧烈，放出大量热量，溶液呈碱性。

浆体状态：浆体保持塑性，可流动。

二、诱导期（潜伏期）

反应特征：水化反应速率急剧减慢，持续约1-2小时。

浆体状态：浆体仍保持塑性，但流动性逐渐降低。

微观变化：水化产物在水泥颗粒表面形成膜层，阻碍水与未水化颗粒的进一步接触。

三、加速期（凝结期）

反应特征：水化反应重新加快，大量放热。

产物生成：氢氧化钙等晶体大量析出，水化硅酸钙凝胶进一步形成。

浆体状态：浆体开始凝结，失去流动性和部分可塑性，达到初凝状态。

石膏作用：若水泥中掺有石膏，石膏与水化铝酸钙反应生成钙矾石（难溶于水的针状晶体），包裹在熟料颗粒周围，形成“保护膜”，延缓水化，调节凝结时间。

四、减速期（硬化初期）

反应特征：水化产物逐渐增多，包裹水泥颗粒，反应速率减慢。

浆体状态：浆体逐渐硬化，强度开始增长。

微观变化：水化硅酸钙凝胶填充颗粒间隙，毛细孔逐渐减少，结构趋于致密。

五、稳定期（硬化后期）

反应特征：水化反应趋于平缓，水化产物进一步结晶和生长。

强度发展：浆体强度持续增长，长期强度仍有缓慢提升。

微观结构：硬化后的水泥石由凝胶体、未水化水泥颗粒和毛细孔组成的不均质结构体，水化硅酸钙凝胶对强度起决定性作用。

主要水化产物及比例

水化硅酸钙（C-S-H凝胶）：约占70%，是决定水泥石强度和其他性质的主要成分。

氢氧化钙（Ca(OH)₂）：约占20%，呈六方晶体析出。

钙矾石（水化硫铝酸钙）：约占7%，由石膏与水化铝酸钙反应生成。

水化铝酸钙、水化铁酸钙：少量，对早期强度有一定贡献。

影响水化反应的因素

水泥细度：细度增加（比表面积增大），水化速率加快。

温度：温度升高，水化加快，凝结时间缩短；温度降低，水化减慢，0℃以下时水化停止。

水灰比：水灰比适中（0.25～0.27），过低影响水化速率，过高影响强度。

石膏掺量：调节铝酸三钙的水化速度，控制凝结时间，防止闪凝。