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眉哥兒金蟲 (正式寫手)
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求教大神們一個(gè)問題，水泥為啥能粘合石頭磚塊啊？請(qǐng)從微觀角度回答 已有2人參與
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眉哥兒
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4樓2013-01-22 16:19:55
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水泥的凝結(jié)和硬化，是一個(gè)復(fù)雜的物理—化學(xué)過程，其根本原因在于構(gòu)成水泥熟料的礦物成分本身的特性。水泥熟料礦物遇水后會(huì)發(fā)生水解或水化反應(yīng)而變成水化物，由這些水化物按照一定的方式靠多種引力相互搭接和聯(lián)結(jié)形成水泥石的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致產(chǎn)生強(qiáng)度。 普通硅酸鹽水泥熟料主要是由硅酸三鈣（3CaO·SiO2）、硅酸二鈣（β-2CaO·SiO2）、鋁酸三鈣（3CaO·Al2O3）和鐵鋁酸四鈣（4CaO·Al2O3·Fe2O3）四種礦物組成的，它們的相對(duì)含量大致為：硅酸三鈣37～60％，硅酸二鈣15～37％，鋁酸三鈣7～15％，鐵鋁酸四鈣10～18％。這四種礦物遇水后均能起水化反應(yīng)，但由于它們本身礦物結(jié)構(gòu)上的差異以及相應(yīng)水化產(chǎn)物性質(zhì)的不同，各礦物的水化速率和強(qiáng)度，也有很大的差異。按水化速率可排列成：鋁酸三鈣＞鐵鋁酸四鈣＞硅酸三鈣＞硅酸二鈣。按最終強(qiáng)度可排列成：硅酸二鈣＞硅酸三鈣＞鐵鋁酸四鈣＞鋁酸三鈣。而水泥的凝結(jié)時(shí)間，早期強(qiáng)度主要取決于鋁酸三鈣和硅酸三鈣�，F(xiàn)分別簡(jiǎn)述它們的水化反應(yīng)。 當(dāng)水泥與適量的水調(diào)和時(shí)，開始形成的是一種可塑性的漿體，具有可加工性。隨著時(shí)間的推移，漿體逐漸失去了可塑性，變成不能流動(dòng)的緊密的狀態(tài)，此后漿體的強(qiáng)度逐漸增加，直到最后能變成具有相當(dāng)強(qiáng)度的石狀固體。如果原先還摻有集合料如砂、石子等，水泥就會(huì)把它們膠結(jié)在一起，變成堅(jiān)固的整體，即我們常說的混凝土。 （資料來源于互聯(lián)網(wǎng)） 首先，介紹鋁酸三鈣。它的水化反應(yīng)可用下式表達(dá)。 上述鋁酸三鈣的水化反應(yīng)如果進(jìn)行得很快，會(huì)導(dǎo)致水泥的凝結(jié)過快而無法使用，因此，一般在粉磨水泥時(shí)都摻有適量的二水石膏作為緩凝劑，摻石膏后鋁酸三鈣的水化反應(yīng)如下式所示。 由于這個(gè)反應(yīng)就不會(huì)引起快凝。當(dāng)水泥中的石膏完全作用完后，還有多余3CaO·Al2O3時(shí)將發(fā)生下列反應(yīng)。 如果還有過量3CaO·Al2O3時(shí)，就會(huì)生成4CaO·Al2O3·13H2O。在正常緩凝的硅酸鹽水泥中，石膏摻入量能保證在漿體結(jié)硬以前，不會(huì)發(fā)生后兩個(gè)反應(yīng)。 其次，談一下硅酸三鈣。它的水化反應(yīng)可表示如下： 由于CaO0.8～1.5SiO2·H2O0.25與天然的托勃莫來石很相似，因而稱它為托勃莫來石，通常用CSH(B)來表示。 鐵鋁酸四鈣水化反應(yīng)和鋁酸三鈣相似，而硅酸二鈣水化反應(yīng)和硅酸三鈣相似。 那么，這些水化產(chǎn)物怎樣會(huì)導(dǎo)致水泥漿結(jié)硬并產(chǎn)生強(qiáng)度呢？水泥凝結(jié)硬化的機(jī)理究竟是什么？按結(jié)晶理論認(rèn)為水泥熟料礦物水化以后生成的晶體物質(zhì)相互交錯(cuò)，聚結(jié)在一起從而使整個(gè)物料凝結(jié)并硬化。按膠體理論認(rèn)為水化后生成大量的膠體物質(zhì)，這些膠體物質(zhì)由于外部干燥失水，或由于內(nèi)部未水化顆粒的繼續(xù)水化，于是產(chǎn)生“內(nèi)吸作用”而失水，從而使膠體硬化。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是X—射線和電子顯微技術(shù)的應(yīng)用，將這兩種理論統(tǒng)一起來，過去認(rèn)為水化硅酸鈣CSH(B)是膠體無定形的，實(shí)際上它是纖維狀晶體，只不過這些晶體非常細(xì)小，處在膠體大小范圍內(nèi)，比面積很大罷了。所以現(xiàn)在比較統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)是：水泥水化初期生成了許多膠體大小范圍的晶體如CSH(B)和一些大的晶體如Ca(OH)2包裹在水泥顆粒表面，它們這些細(xì)小的固相質(zhì)點(diǎn)靠極弱的物理引力使彼此在接觸點(diǎn)處粘結(jié)起來，而連成一空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，叫做凝聚結(jié)構(gòu)。由于這種結(jié)構(gòu)是靠較弱的引力在接觸點(diǎn)進(jìn)行無秩序的連結(jié)在一起而形成的，所以結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度很低而有明顯的可塑性。以后隨著水化的繼續(xù)進(jìn)行，水泥顆粒表面不大穩(wěn)定的包裹層開始破壞而水化反應(yīng)加速，從飽和的溶液中就析出新的、更穩(wěn)定的水化物晶體，這些晶體不斷長(zhǎng)大，依靠多種引力使彼此粘結(jié)在一起形成緊密的結(jié)構(gòu)，叫做結(jié)晶結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)比凝聚結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度大得多。水泥漿體就是這樣獲得強(qiáng)度而硬化的。隨后，水化繼續(xù)進(jìn)行，從溶液中析出新的晶體和水化硅酸鈣凝膠不斷充滿在結(jié)構(gòu)的空間中，水泥漿體的強(qiáng)度也不斷得到增長(zhǎng)。 |
5樓2013-03-06 15:05:42
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