| 中文名称 | 水泥硬化 | 外文名称 | Cement hardening |
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水泥的凝结和硬化，是一个复杂的物理-化学过程，其根本原因在于构成水泥熟料的矿物成分本身的特性。水泥熟料矿物遇水后会发生水解或水化反应而变成水化物，由这些水化物按照一定的方式靠多种引力相互搭接和联结形成水泥石的结构，导致产生强度。
普通硅酸盐水泥熟料主要是由硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(β-2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)和铁铝酸四钙(4CaO·Al2O3·Fe2O3)四种矿物组成的，它们的相对含量大致为:硅酸三钙37~60%，硅酸二钙15~37%，铝酸三钙7~15%，铁铝酸四钙10~18%。这四种矿物遇水后均能起水化反应，但由于它们本身矿物结构上的差异以及相应水化产物性质的不同，各矿物的水化速率和强度，也有很大的差异。按水化速率可排列成:铝酸三钙>铁铝酸四钙>硅酸三钙>硅酸二钙。按最终强度可排列成:硅酸二钙>硅酸三钙>铁铝酸四钙>铝酸三钙。而水泥的凝结时间，早期强度主要取决于铝酸三钙和硅酸三钙。
水泥的凝结和硬化:
首先，介绍铝酸三钙。它的水化反应可用下式表达。
3CaO·Al2O3+6H2O→3CaO·Al2O3·6H2O(水化铝酸钙，不稳定);
上述铝酸三钙的水化反应如果进行得很快，会导致水泥的凝结过快而无法使用，因此，一般在粉磨水泥时都掺有适量的二水石膏作为缓凝剂，掺石膏后铝酸三钙的水化反应如下式所示。
3CaO·Al2O3+3CaSO4·2 H2O+26H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O(钙矾石，三硫型水化铝酸钙)
由于这个反应就不会引起快凝。当水泥中的石膏完全作用完后，还有多余3CaO·Al2O3时将发生下列反应。
3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O+2〔3CaO·Al2O3〕+4 H2O→3〔3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O〕(单硫型水化铝酸钙)
如果还有过量3CaO·Al2O3时，就会生成4CaO·Al2O3·13H2O。在正常缓凝的硅酸盐水泥中，石膏掺入量能保证在浆体结硬以前，不会发生后两个反应。
其次，谈一下硅酸三钙。它的水化反应可表示如下:
3CaO·SiO2+H2O→CaO·SiO2·YH2O(凝胶)+Ca(OH)2;
由于CaO0.8~1.5SiO2·H2O0.25与天然的托勃莫来石很相似，因而称它为托勃莫来石，通常用CSH(B)来表示。
铁铝酸四钙水化反应和铝酸三钙相似，反应可表示如下:
4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O→3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O 现分别简述它们的水化反应。
而硅酸二钙水化反应和硅酸三钙相似，反应可表示如下:
2CaO·SiO2+H2O→CaO·SiO2·YH2O(凝胶)+Ca(OH)2;
硅酸盐水泥矿物的水化
硅酸盐水泥拌合水后，四种主要熟料矿物与水反应。分述如下: 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·yH2O+(3-x)Ca(OH)2 ②硅酸二钙的水化 β-C2S的水化与C3S相似，只不过水化速度慢而已。 2CaO·SiO2+nH2O=xCaO·SiO2·yH2O+(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。
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这些水化产物怎样会导致水泥浆结硬并产生强度呢?水泥凝结硬化的机理究竟是什么?
按结晶理论认为水泥熟料矿物水化以后生成的晶体物质相互交错，聚结在一起从而使整个物料凝结并硬化。按胶体理论认为水化后生成大量的胶体物质，这些胶体物质由于外部干燥失水，或由于内部未水化颗粒的继续水化，于是产生"内吸作用"而失水，从而使胶体硬化。随着科学技术的发展，特别是X-射线和电子显微技术的应用，将这两种理论统一起来，过去认为水化硅酸钙CSH(B)是胶体无定形的，实际上它是纤维状晶体，只不过这些晶体非常细小，处在胶体大小范围内，比面积很大罢了。所以比较统一的认识是:水泥水化初期生成了许多胶体大小范围的晶体如CSH(B)和一些大的晶体如Ca(OH)2包裹在水泥颗粒表面，它们这些细小的固相质点靠极弱的物理引力使彼此在接触点处粘结起来，而连成一空间网状结构，叫做凝聚结构。由于这种结构是靠较弱的引力在接触点进行无秩序的连结在一起而形成的，所以结构的强度很低而有明显的可塑性。以后随着水化的继续进行，水泥颗粒表面不大稳定的包裹层开始破坏而水化反应加速，从饱和的溶液中就析出新的、更稳定的水化物晶体，这些晶体不断长大，依靠多种引力使彼此粘结在一起形成紧密的结构，叫做结晶结构。这种结构比凝聚结构的强度大得多。水泥浆体就是这样获得强度而硬化的。随后，水化继续进行，从溶液中析出新的晶体和水化硅酸钙凝胶不断充满在结构的空间中，水泥浆体的强度也不断得到增长。
影响水泥硬化的原因
影响水泥凝结速率和硬化强度的因素很多，除了熟料矿物本身结构，它们相对含量及水泥磨粉细度等这些内因外，还与外界条件如温度、加水量以及掺有不同量的不同种类的外加剂等外因密切相关
假凝是指水泥的一种不正常的早期固化或过早变硬现象。一般情况下，是因为干粉水泥加热造成二水硫酸钙中结晶水脱水，即石膏脱水，石膏调节凝结水泥的凝结时间失效。水泥中水化作用最快的铝酸三钙快速水化凝结，放热加速其他矿物加速水化，凝结硬化。
假凝现象与很多因素有关，一般认为主要是由于水泥粉磨时磨内温度较高，使二水石膏脱水成半水石膏的缘故。当水泥拌水后，半水石膏迅速水化为二水石膏，形成针状结晶网状结构，从而引起浆体固化。另外，某些含碱较高的水泥，硫酸钾与二水石膏生成钾石膏迅速长大，也会造成假凝。假凝与快凝不同，前者放热量甚微，且经剧烈搅拌后浆体可恢复塑性，并达到正常凝结，对强度无不利影响。
从物理、化学观点来看，凝结和硬化是连续进行的、不可截然分开的一个过程，凝结是硬化的基础，硬化是凝结的继续。但是在施工中为了保证施工质量，要求在水泥浆体失去其可塑性以前必须结束施工，因此人们根据需要以及水泥浆体的这个特性，人为地将这整个过程划分为凝结和硬化两个过程。凝结是指水泥浆体从可塑性变成非可塑性，并有很低的强度的过程;硬化是指浆体强度逐渐提高能抵抗外来作用力的过程。此外，对凝结过程还人为地进一步划分为初凝和终凝，用加水后开始计算的时间来表示。例如，国家标准规定:硅酸盐水泥初凝不得早于45min，终凝不得迟于6.5h。使用时必须在初凝前完成浇筑振捣等工序。终凝后，才能脱去模板开始下一个周期生产。
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铝酸钙水泥 的凝结与硬化速度也与养护温度有关。CA2矿物随养护温度提高，凝结硬化速度加快，而CA矿物有些反常，在20℃左右较快，到30℃又变慢，高于30℃又变快。根据铝酸钙水化物加热过程中相变情况，选择合适的养护条件是非常重要的。因为铝酸钙水泥水化时生成的水化物随养护条件不同而异。
在实际使用时常常会看到很多不同标号的铝酸钙水泥，标号是水泥养护一定时间后所达到的强度。如以CA为主矿物的铝酸钙水泥，一般是以其养护3d后所达到的强度为标号。而以CA2为主矿物的铝酸钙水泥是以其养护7d后所达到的强度为标号。
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用 量:5 ㎡ ~13 ㎡ /L。
当水泥与适量的水调和时，开始形成的是一种可塑性的浆体，具有可加工性。随着时间的推移，浆体逐渐失去了可塑性，变成不能流动的紧密的状态，此后浆体的强度逐渐增加，直到最后能变成具有相当强度的石状固体。如果原先还掺有集合料如砂、石子等，水泥就会把它们胶结在一起，变成坚固的整体，即我们常说的混凝土。这整个过程我们把它叫做水泥的凝结和硬化。
从物理、化学观点来看，凝结和硬化是连续进行的、不可截然分开的一个过程，凝结是硬化的基础，硬化是凝结的继续。
水泥的凝结和硬化，是一个复杂的物理—化学过程，其根本原因在于构成水泥熟料的矿物成分本身的特性。水泥熟料矿物遇水后会发生水解或水化反应而变成水化物，由这些水化物按照一定的方式靠多种引力相互搭接和联结形成水泥石的结构，导致产生强度。
水泥的凝结和硬化：
1)、3CaO·SiO2+H2O→CaO·SiO2·YH2O（凝胶）+Ca（OH）2；
2)、2CaO·SiO2+H2O→CaO·SiO2·YH2O（凝胶）+Ca（OH）2；
3)、3CaO·Al2O3+6H2O→3CaO·Al2O3·6H2O（水化铝酸钙，不稳定）；
3CaO·Al2O3+3CaSO4·2 H2O+26H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O（钙矾石，三硫型水化铝酸钙）3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O+2〔3CaO·Al2O3〕+4 H2O→3〔3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O〕（单硫型水化铝酸钙）
4)、4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O→3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O
1、目前还没有调节水泥硬化速度方法。一方面水泥是一种混合物，里面含有很多种固体，另一方面还要从水泥的生成和水泥的水硬性说起：生产水泥的主要原料是大理石、石灰石和黏土，将它们按一定比例混合磨细成生料，加入窑中煅烧。在大约1680摄氏度高温下煅烧成为熟料，在熟料中加入适量调节水泥硬化速度的石膏，磨成小于08um的细粉，加入一定比例的混合材制成各种水泥。
2、水泥具有水硬性，只要将它与水拌和，就得到强度很大的固体，这一过程叫水泥的硬化。水泥硬化是水泥中的硅酸二钙、硅酸三钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙组成的混合物，与水搅拌后开始一小时内，水泥被一层胶质所包裹，这一层胶质是由硅酸钙和水构成的，这一过程叫水合作用。正是由于胶层的连接，水泥颗粒才形成了一个个较弱的键合网，大约经过四个小时左右水泥开始真正硬化，这时就有大量的纤维从胶层中生长出来。它们最终生成极细且密的纤维，从水泥每一颗粒向外伸展。这些纤维是水泥和水之间作用的产物，它是由内空的细管组成的。随着纤维的变长，它们逐渐的连接在一起，从而增大了水泥的强度。
3、水泥在最初几天或几周内逐渐发生硬化，随着时间的推移，其强度一直在增加。事实上，水合作用的过程通常不会完结，也就是说，并不是所有的水泥都跟水发生作用。甚至几年后，我们仍可在已硬化的水泥中发现硬化在继续。
4、当水泥与适量的水调和时，开始形成的是一种可塑性的浆体，具有可加工性。随着时间的推移，浆体逐渐失去了可塑性，变成不能流动的紧密的状态，此后浆体的强度逐渐增加，直到最后能变成具有相当强度的石状固体。如果原先还掺有集合料如砂、石子等，水泥就会把它们胶结在一起，变成坚固的整体，即我们常说的混凝土。这整个过程我们把它叫做水泥的凝结和硬化。
5、从物理、化学观点来看，凝结和硬化是连续进行的、不可截然分开的一个过程，凝结是硬化的基础，硬化是凝结的继续。但是在施工中为了保证施工质量，要求在水泥浆体失去其可塑性以前必须结束施工，因此人们根据需要以及水泥浆体的这个特性，人为地将这整个过程划分为凝结和硬化两个过程。凝结是指水泥浆体从可塑性变成非可塑性，并有很低的强度的过程；硬化是指浆体强度逐渐提高能抵抗外来作用力的过程。此外，对凝结过程还人为地进一步划分为初凝和终凝，用加水后开始计算的时间来表示。例如，国家标准规定：硅酸盐水泥初凝不得早于45min，终凝不得高于65h，普通硅酸盐水泥和其他四大水泥终凝固时间不得超过10小时。使用时必须在初凝前完成浇筑振捣等工序。终凝后，才能脱去模板开始下一个周期生产。
水泥的主要成分是硅酸盐，在遇到空气中的水分和氧气时会发生硬化。
水泥硬化的有关化学方程式如下：
1、3CaOSiO2+6H2O=3CaOSiO23H2O+3Ca(OH)2
2、2(2CaOSiO2)+4H2O=3CaOSiO23H2O+Ca(OH)2
3、3CaOAl2O3+6H2O=3CaOAl2O36H2O
这些硬化过程都是复杂的化学变化过程，也正因如此，水泥硬化才能更加完全。
1、如果是小型水泥制品如砌块、铺地砖等等，配制干硬性混凝土(零坍落度)，强力振捣加压密实成型，可以即时脱模。
2、如果使用塑性混凝土，或成型比较大的水泥制品，则不可能1小时内脱模，最快的脱模时间也在4小时左右。
3、能够加速水泥凝结硬化和强度发展化学外加剂有很多，包括氯化钙(不得用于钢筋混凝土)、硫酸铝、硫酸钠、碳酸钠、碳酸锂、硝酸钙、亚硝酸钙，等等。
当水泥与适量的水调和时，开始形成的是一种可塑性的浆体，具有可加工性。随着时间的推移，浆体逐渐失去了可塑性，变成不能流动的紧密的状态，此后浆体的强度逐渐增加，直到最后能变成具有相当强度的石状固体。如果原先还掺有集合料如砂、石子等，水泥就会把它们胶结在一起，变成坚固的整体，即我们常说的混凝土。这整个过程我们把它叫做水泥的凝结和硬化。
水泥的凝结硬化：水泥用适量的水调和后，最初形成具有可塑性的浆体，随着时间的增长，失去可塑性（但无强度），这一过程称为初凝，开始具有强度时称为终凝。由初凝到终凝的过程称为水泥的凝结。此后，产生明显的强度并逐渐发展而成为坚硬的石状物—水泥石，这一过程称为水泥的硬化。影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素：（1）水泥组成成分；（2）石膏掺量；（3）水泥细度；（4）养护条件（温度、湿度）；（5）养护龄期；（6）拌和用水量；（7）外加剂；（8）贮存条件。5、硅酸盐水泥的技术性质：
（1）细度：指水泥颗粒的粗细程度，它直接影响着水泥的性能和使用。凡水泥细度不符合规定者为不合格品。（2）凝结时间：分初凝时间和终凝时间。从加入拌和用水至水泥浆开始失去塑性所需的时间，称为初凝时间。自加入拌和用水至水泥将完全失去塑性，并开始有一定结构强度所需的时间，称为终凝时间。国家标准规定硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于65h。凡初凝时间不符合规定者为废品，终凝时间不符合规定者为不合格品。（3）体积安定性：是指水泥在凝结硬化过程中，水泥体积变化的均匀性。体积安定性不良的水泥作废品处理。（4）强度及强度等级：水泥强度是表明水泥质量的重要技术指标，也是划分水泥强度等级的依据。按标准方法制作的一组试件，分别测定3d和28d的抗压强度和抗折强度，根据测定结果，查表确定硅酸盐水泥的强度等级。（5）碱含量：指水泥中Na2O和K2O的含量。国家标准规定：水泥中碱含量不得大于060%或由供需双方商定国家标准中还规定：凡氧化镁、三氧化硫、安定性、初凝时间中任一项不符合标准规定时，均为废品。凡细度、终凝时间、强度低于规定指标时称为不合格品。废品水泥在工程中严禁使用。若水泥仅强度低于规定指标时，可以降级使用。二、掺混合材料的硅酸盐水泥1、掺混合材料的作用：在水泥熟料中加入混合材料后，可以改善水泥的性能，调节水泥的强度，增加品种，提高产量，降低成本，扩大水泥的使用范围，同时可以综合利用工业废料和地方材料。根据掺入混合材料的数量和品种不同有：普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。2、混合材料种类：（1）活性混合材料：能与水泥水化产物氢氧化钙起化学反应，生成水硬性胶凝材料，凝结硬化后具有强度并能改善硅酸盐水泥的某些性质。常用有粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料和粉煤灰。（2）非活性混合材料：与水泥矿物成分不起化学作用或化学作用很小，将其掺入水泥熟料中仅起提高水泥产量、降低水泥强度等级和减少水化热等作用。材料有：磨细石英砂、石灰石、粘土、慢冷矿渣及各种废渣。3、普通硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、6%~15%混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。代号PO。特点：与硅酸盐水泥相比，早期硬化速度稍慢，3d的抗压强度稍低，抗冻性与耐磨性也稍差。4、矿渣硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。代号PS。特点：与硅酸盐水泥相比，有以下特点：（1）凝结硬化慢；（2）早期强度低，后期强度增长较快；（3）水化热较低；（4）抗碳化能力较差；（5）保水性差，泌水性较大；（6）耐热性较好；（7）硬化时对湿热敏感性强。5、火山灰硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。代号PP。特点：水化凝结硬化慢，早期强度低，后期强度增长率较大，水化热低，耐蚀性强，抗冻性差，易碳化，干缩较矿渣水泥显著，具有较高抗渗性。6、粉煤灰硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。代号PF。特点：干缩性比较小、抗裂性好；吸水率小、配制的混凝土和易性较好。7、复合水泥：由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。代号PC。8、六种常用水泥的特性和常用水泥的选用详见教材表46和表47。第五章 混凝土本章主要了解普通混凝土的组成材料、主要技术性能和影响性能的因素，重点掌握普通混凝土配合比设计的方法。一、概述混凝土是由胶凝材料、颗粒状的粗细骨料和水（必要时掺入一定数量的外加剂和矿物混合材料）按适当比例配制，经均匀搅拌、密实成型，并经过硬化后而成的一种人造石材。土木建筑工程中，应用最广的是以水泥为胶凝材料，以砂、石为骨料，加水拌制成混合物，经一定时间硬化而成的水泥混凝土。1、混凝土的分类：（1） 按胶结材料分：水泥混凝土、石膏混凝土、沥青混凝土及聚合物混凝土等。（2）按表观密度分：重混凝土、普通混凝土、轻混凝土及特轻混凝土。（3）按性能与用途分：结构混凝土、水工混凝土、装饰混凝土及特种混凝土。（4）按施工方法分：泵送混凝土、喷射混凝土、振密混凝土、离心混凝土等。（5）按掺合料分：粉煤灰混凝土、硅灰混凝土、磨细高炉矿渣混凝土、纤维混凝土等。2、混凝土的特点：优点：（1）使用方便；（2）价格低廉；（3）高强耐久；（4）性能易调；（5）有利环保。主要缺点：自重大、抗拉强度低、呈脆性、易裂缝。
总结土木工程材料中水泥硬化特点：
水泥的水化和凝结硬化是从水泥颗粒表面开始,逐渐往水泥颗粒的内核深入进行的。开始时水化速度快,水泥的强度增长也较快;但随着水化不断进行,堆积在水泥颗粒周围的水化物不断增多,阻碍水和水泥未水化部分的接触,水化减慢,强度增长也逐渐减慢,但无论时间多久,有些水泥颗粒的内核很难完全水化。因此,在硬化后的水泥石中,包含了水泥熟料的水化产物、末水化的水泥颗粒、水(自由水和吸附水)和孔隙(毛细孔和凝胶孔),它们在不同时期相对数量的变化,使水泥石的性质随之改变。
室内彩色混凝土密封固化剂工程施工工序：
基面处理：
先用50—500目的磨片彻底打磨地面，至手感平滑为止，并用吸尘器或其他工具彻底清扫地面灰尘，使地面毛细孔能够充分吸收材料；
喷洒材料:
待表面晾干后喷洒两道SPR568/C密封固化剂，第一道SPR568/C上完待6—8小时表面干燥后，再涂刷第二道SPR568/C，用量约02KG/㎡(水磨石或金刚砂地面）；
喷洒材料：
喷洒SPR568/B直至表面有结晶，让其自然渗透30—60分钟，之后用清水冲洗地面，将表面结晶清洗干净；
喷洒材料：
用喷雾器将SPR568/A均匀涂布于已干燥的地面之上，让其反应约10—30分钟后用清水冲洗地面，并用洗地机将表面结晶清洗干净。
精细抛光：
待SPR568/A涂刷6—8小时后，用抛光机安装500目、800目、1000目、2000目、3000目的磨片干抛（抛光过程保证干膜，请勿带水作业），精细抛光抛三至四次直至达到客户要求，并用吸尘器将表面清洁干净；
喷洒保护剂：
约待其自然表干（约6-8小时）后，用2000-3000目的树脂抛光（抛光过程保证干磨，请勿带水作业）后即可使用。
