硅酸盐水泥的组成和固化原理

水泥是使用最为广泛的建筑材料，它不仅在工业和民用建筑中大量使用，还普遍应用于公路、桥梁、铁路、水利和国防建设等关系到国计民生的重大工程。水泥具有优良的机械强度和经济适用性，是几乎所有工业和民用地板的基础材料。环氧地坪施工涂装主要是针对水泥地板的涂装工程，因此对水泥和水泥地板的特性先做简要介绍。

水泥的组成和固化原理

水泥是一种粉末状固体材料，当它与水混合后，在常温下经过物理化学作用，能由可塑性浆状体逐渐凝结硬化，变成尖硬的石状体，所以水泥是一种良好的矿物胶凝材料。

水泥能将砂、石等散粒材料或砖块等块状材料胶结为整体，它不仅能像石灰和石膏那样在空气中凝结和硬化，还能更好地在水里硬化，保持并不断提高其强度，因此更具体地应属于水硬性胶凝材料。

水泥的品种很多，分类繁杂，按组成成分可以分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫酸盐水泥以及磷酸盐、铁铝酸盐、氟铝酸盐、无熟料水泥等。其中以硅酸盐系列水泥的应用最为广泛，大量用于各种普通建筑工程。由于工业地坪涂装主要是针对硅酸盐类水泥地面的涂装，所以本文只简要介绍硅酸盐水泥的组成和固化原理。

1.硅酸盐水泥的组成

硅酸盐水泥在国际上统称为波特兰水泥(portland cement)在我国命名为硅酸盐水泥，是因为其主要成分为硅酸盐矿物。它是由以硅酸钙为主要成分的水泥熟料，加人适量的石膏和混合材料，经磨细制成。硅酸盐水泥的生产过程分为制备生料、锻烧熟料、粉磨水泥三个阶段，简称两磨一烧。

硅酸盐水泥熟料的主要生产原料是石灰质原料和猫土质原料。硅酸盐水泥主要由四种矿物组成，其名称、化学式和含量范围如下:

硅酸三钙，含量36%~60%
硅酸二钙，含量15%~37%
铝酸三钙，含量7%~15%
铁铝酸四钙，含量10%~18%

此外，硅酸盐水泥尚含有游离氧化钙、游离氧化镁、含碱矿物以及玻璃体等会导致水泥不良性能的成分。

2.硅酸盐水泥的固化原理

水泥加水拌和的浆体，会发生水化反应，并逐渐凝结，转变为具有一定结构强度的坚硬固体，即为水泥的固化。可见，水化是水泥固化的前提，而凝结硬化则是水泥固化的结果.

(1)硅酸盐水泥的水化水泥是多矿物的聚集体，成分比较复杂，各矿物的水化会互相影响。

硅酸盐水泥熟料的四种矿物组成中，硅酸三钙的水化速度最快，硅酸二钙的水化最慢。

硅酸三钙和硅酸二钙水化均生成水化硅酸钙和氢氧化钙.水化硅酸钙不溶于水，会立即以胶体微粒析出形成凝胶。生成的氢氧化钙量大，在溶液中的浓度很快达到过饱和，呈六方板状晶体析出.

水化铝酸三钙为立方晶体，一部分会与氢氧化钙反应，生成六方晶体的水化铝酸四钙。另一部分则会与石膏反应，生成高硫型水化硫铝酸钙晶体和单硫型水化硫铝酸钙晶体。

如果忽略次要成分，硅酸盐水泥完全水化的水泥石中，水化硅酸钙约为70%,氢氧化钙约占20%，钙矾石和单硫型水化硫铝酸钙约占7%, 硅酸盐水泥的水化反应为放热反应，放出的热量称为水化热，水化热的大小以及放热速率主要取决于水泥的矿物组成，其次还与水泥细度、贮存时间、配合水灰比、水化温度以及水泥中掺混合材、外加剂等因素有关。

水化热对混凝土工艺有不利的一面，例如对大体积混凝上工程，在施工时混凝土体内的温度因水泥放热而升高，会导致水泥“烧坏”等。但是也有有利的一面，例如在冬季施工时，由于气温太低，达不到水化所需要的活化能，这时水化反应放出的热量，可以促进水泥的反应和固化。

(2)硅酸盐水泥的凝结硬化水泥浆体硬化过程可分为早、中、后三个时期.随着水化反应的逐步深化，各种水化产物逐渐填满原来由水所占据的空间.同时，钙矾石针状晶体相互搭接，大量的片状和纤维状的水化硅酸钙交叉攀附，使得分散的水泥颗粒及水化产物互相连接在一起，形成三维空间牢固结合的密实整体，即水泥石，完成了水泥的固化过程。因此，固化后的水泥是由凝胶体、未水化的水泥颗粒内核和毛细孔组成的水泥石。