什么是水合作用？

当水泥、水、骨料和外加剂混合在一起时，温度会显着升高。 这是由于水泥和水之间的反应放热过程，称为水化。 随着时间的推移测量混凝土的温度使我们能够了解水化的影响，以便我们可以估计混凝土的强度。 由于这个主题的重要性，我们将在本文中详细讨论指导。

水合作用的定义

水化是由于水和水硬性水泥之间的碰撞而发生的一系列化学反应。 当水和水泥在水泥浆体中结合时，大部分水泥颗粒立即开始溶解在水中，从而启动水化过程。

这些反应产生新的化合物，水泥水化越多，消耗的水和水泥越多，产生的化合物也越多。 化合物膨胀并开始堆积并结合在一起。

最后，化合物的积累导致水泥浆强度的硬化、硬化和发展，使塑料混凝土成为一种耐用和耐用的产品； 但混凝土水化不仅仅是水泥和水的结合！ 水泥的水化量取决于各种因素，我们将在下一篇文章中讨论。

水泥水化化合物

水泥水化反应的主要产物是水合硅酸钙 (CSH)、氢氧化钙 (CH) 以及 AFt 和 AFm 相。 水合水泥中的 AFt 和 AFm 相是 C3A、硬石膏和水。 水合波特兰水泥浆通常由按质量计约 50% 的 CSH 和约 15% 至 25% 的 CH 组成。 水合水泥浆体表现出的大部分阻力，尤其是阻力，可归因于 CSH。

C3A 在水泥的四种主要矿物相中具有反应性，但仅略微增加初始强度。 C3A 简单地与水泥浆中的水发生反应，生成富含铝酸盐的凝胶，释放大量热量。

产生的热量迅速减少，通常只持续几分钟。 然而，所得凝胶与水泥中的各种硫酸盐（包括石膏、硬石膏和半水合物）反应生成钙矾石。 水化初期钙矾石的发育将有助于控制塑性混凝土的硬化。 水合几天后，钙矾石通过与 C3A 反应逐渐消耗并被单硫酸盐取代。

C3S 和水反应生成 CSH 和 CH。 C3S，也称为alite，快速水化并反应和硬化，对混凝土的初始凝固和初始强度的发展做出了最大的贡献。 C2S 还与水反应生成 CSH 和 CH。 然而，C2S 或贝利特对阿利特反应缓慢，而提高混凝土强度的一个主要因素是超过一周的年龄。

补水过程是怎样的？

初始反应发生在水泥和水混合并出现温度峰值之后。 铝酸盐 (C3A) 与 H2O（钙离子和硫酸根离子）反应形成醚铝酸盐（水合铝酸盐）。 这些反应释放的能量导致混凝土初

凝达到峰值。 该反应的结果是水泥颗粒的表面涂层。 这种涂层会降低反应速率，因为接触 H2O 不如混凝土的搅拌时间好。 此阶段用于转移混凝土和混凝土浇筑。

在接下来的步骤中，热量的增加是因为硅酸钙（C3S和C2S）之间的反应，导致CSH硅酸盐的水合。 硅酸盐水合物的形成对二次凝固混凝土的强度也有重要影响。 监测混凝土的内部温度非常重要，因为在这个阶段混凝土的温度可以迅速上升到大约 70 到 80 摄氏度的温度。

然后获得最高温度，自由粒子的可用性降低，因此这也降低了温度速度。 这个阶段通常以良好的阻力结束，现在可以打开混凝土周围的模板。 随着水泥和水中的颗粒继续反应，水化过程将减慢并缓慢继续，直到混凝土的强度达到最大值。

温度对水合作用的影响

水合速率随温度升高而增加，因此时间缩短。 在 230°F (110°C) 以上，形成的水合产物与在低温下获得的水合产物显着不同。 Alite 和ticket 相水合以获得结晶的α-C2SH 而不是无定形的C-S-H

α-C2SH 是一种结晶且相对致密的材料，由于其高渗透性和低抗压强度而有害。 通过向水泥中添加细磨的二氧化硅（如二氧化硅粉），可以防止或最大限度地减少 α-C2SH 的形成。

搅拌、混凝土浇筑和混凝土养护过程中的环境温度对水泥的水化起着重要作用。 虽然不是所有的水泥都以相同的方式反应，但凝固时间通常会随着温度的升高而减少。

通常，10 华氏度的波动可以改变约 33% 的凝固时间。 理想的烘烤温度通常在 50 到 70 度之间变化。 低于 50 度的温度以更慢的速度促进水合作用； 当温度降至40度以下时，初始电阻的增长明显下降。

尽管如此，当环境温度超过70度时，水化变得过快，会导致塑料开裂和收缩、降低28天耐受性和降低温度等有害结果。 混合水温度在水化过程中也起着重要作用，因为它会改变混凝土的温度。 可以调节混合物中水的温度，通常是通过加热水或在水中加入冰块。

加工技术在水合中的作用

加工过程中多余的水分可以替代由于水合和蒸发而损失的水分。 由于添加了过多的水分，水合作用的量在很大程度上是无效的。 然而，重要的是要确保在水合和加工过程中存在足够的水分。

水分不足会导致水泥脱水，对混凝土没有任何有利性能或混凝土过早干燥，甚至会导致小表面开裂。 多余的水分可以通过袋子润湿、每天浇水和其他方法来补充。

水分保持方法依赖于尼龙、涂料或应用于混凝土外表面的成膜化合物来捕获水分。 保湿对补水影响不大。 相反，维护方法通过确保有足够的水分进行水合作用来帮助改善加工环境。

使用热和蒸汽进行快速固化可提高水化速度和混凝土强度的发展速度。 快速恢复对于实现初始阻力特别有用。 这些方法经常用于寒冷天气下的混凝土浇筑，以创造更适合水泥水化的环境。

内部处理涉及使用轻度饱和的骨料，通过提供内部水源来帮助保持混凝土中足够的水分。 内部处理对水化的影响很小，有助于创造一个有利于水化的环境。 内部湿度处理通常用于含有大量胶凝材料的各种混凝土。

外加剂在水合作用中的作用

促进剂提供了增加供水、增加初始强度和减少初始凝结时间的选项，这通常对混凝土的耐久性很重要。 通过加速水泥颗粒周围的屏障，加速剂使水更容易进入 C3S 和 C2S 相，从而增加矿物质的水合作用。

加速器通常用于补偿寒冷天气下混凝土凝固滞后的影响。 相反，外加剂通过延迟凝固降低水化速率并增加初始强度，并且会增加初始和最终凝固的持续时间。

抑制剂通过阻止某些水合产物的形成和生长来减缓水合。 它们通常用于抵消由于炎热天气或调整延迟而导致的快速烹饪速度，以使用特殊的整理技术或困难的放置情况。

促进剂和抗凝剂都有不同的形式，但通常以液体化学混合物的形式出现。 这些外加剂如何发挥作用取决于它们添加到混合物中的成分、剂量、时间和顺序，以及环境温度和混凝土温度。

对于水泥的完全水合，通常是 0.4 种化合物，需要水。 成分的水合量取决于几个因素。 但是，如果水灰比过高，过多的水会留在混凝土基体中。 多余的水会一直保留到蒸发，这不仅不会增加抗压强度，还会增加混凝土开裂的敏感性。

相反，如果水与水泥的比例过低，则混合水会被消耗或蒸发，而水泥在基质中仍保持无水状态。 这对混凝土的强度和耐久性没有任何好处！ 补充胶凝材料 (SCM) 通常作为波特兰水泥的替代品添加到混凝土混合物中。 辅助胶凝材料表现出与传统水泥相同的行为

然而，不同类型的辅助胶凝材料会增强或抑制某些供水措施。 常用的胶凝材料有粉煤灰、硅灰、高炉矿渣等，它们与粉煤灰、矿渣水泥一样，能降低混凝土的水化热，增加凝结时间。 虽然一些天然火山灰如方解石或粘土和偏高岭土会降低水化热，但它们对凝固时间没有影响。

最后一个字

水化应被视为混凝土生产的最重要阶段。 这一步会影响混凝土的强度、耐久性和所有性能。 水泥的水化取决于环境温度、水灰比、水泥类型和其他因素。 一般来说，对于混凝土的生产，工程师了解水化过程及其影响因素非常重要。