水泥水化(水化放热)过程是非常复杂的,大约有四个过程。西方利用水泥据说很久远,但也只是长期处于用的阶段,真正研究生产水泥也只有200年,能写出化学分子式也只是在100年前……
水泥进入中国的时间并不长,从1889年在河北唐山设窑生产“细绵土”开始,到今天只有130年,而大约三四十年前的民间还常称它为“洋灰”,这大约是因为1906年建立的“启新洋灰公司”吧。虽然水泥发明于西方,其实大面积应用水泥建房的时间也不长,大约在1824年才有一款“波特兰水泥”申请专利,并且生产方法长期保密。 时隔85年后,到1909年才有位叫“强生”的人提出申诉,说自己在1845年发现真正水泥的制造方法,并公开了水泥生产的参数。如此以来,水泥生产方法才大面积传播开来,水泥才被大面积使用。“波特兰水泥”按其所含的主要矿物组成改称为“矽酸盐水泥”,后又改称为“硅酸盐水泥”,名称沿用至今……
那么谁才是水泥的真正发明人呢?仍然是1824年申请“波特兰水泥”专利的阿斯谱丁,给出理由是:出于保密需要,专利证书上并未将“水泥”生产技术都写出来,本人实际掌握的技术比强生还多。
普通硅酸盐水泥拌合水后,四种主要熟料矿物与水反应。
①硅酸三钙水化:硅酸三钙在常温下的水化反应生成水化硅酸钙(C-S-H凝胶)和氢氧化钙。
3CaO·SiO2+nH2O=xCaO·SiO2·(n-3+x)H2O+(3-x)Ca(OH)2
②硅酸二钙的水化:β-C2S的水化与C3S相似,只不过水化速度缓慢。初期强度取决于3CaO.SIO2后期强度为2CaO.SIO2,含量在75--82%
2CaO·SiO2+nH2O=xCaO·SiO2·(n-2+x)H2O+(2-x)Ca(OH)2
所形成的水化硅酸钙在C/S和形貌方面与C3S水化生成的都无大区别,故也称为C-S-H凝胶。但CH生成量比C3S的少,结晶却粗大些。
③铝酸三钙的水化:铝酸三钙的水化迅速,放热快,其水化产物组成和结构受液相CaO浓度和温度的影响很大,先生成介稳状态的水化铝酸钙,最终转化为水石榴石(C3AH6)。
在有石膏的情况下,C3A水化的最终产物与起石膏掺入量有关。最初形成的三硫型水化硫铝酸钙,简称钙矾石,常用AFt表示。若石膏在C3A完全水化前耗尽,则钙矾石与C3A作用转化为单硫型水化硫铝酸钙(AFm)。
④铁相固溶体的水化:水泥熟料中铁相固溶体可用C4AF作为代表。它的水化速率比C3A略慢,水化热较低,即使单独水化也不会引起快凝。其水化反应及其产物与C3A很相似。