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一个研究了上百年的问题：水泥为什么会硬？

关于这个问题，成百上千的科学家已经研究了上百年，在细节上至今仍有争议。但其基本过程已经形成了共识。总的来说，水泥的水化，就像是一群刺猬，从光滑的肉球中长出了刺，然后依靠这些“刺”互相扎在一起。短短几个小时过去，水中的钙、硅浓度都变得相当高。这时，它们就会结合形成无数个水化硅酸钙（C-S-H）小颗粒覆盖在水泥的表面，形成一个C-S-H薄壳。在接下来的几个小时里，水泥颗粒逐渐溶解、缩小，开始离这层薄壳越来越远；而构成这层薄壳的无数小颗粒就像无数颗种子，细长的C-S-H纤维以此为起点，不仅向外生长，也向内生长。向内生长的纤维将水泥颗粒与薄壳紧密相连，向外生长的纤维则将不同的水泥颗粒联结在一起。随着时间的进展，水泥与水逐渐消耗了，而这些纤维之间的联结越来越紧密，后形成了一个坚实的整体，即使在电子显微镜下也分不清彼此了。这时的产物被称为“水泥石”。

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硅酸盐类水泥的生产工艺之湿法生产

将原料加水粉磨成生料浆后，喂入湿法窑煅烧成熟料的方法。也有将湿法制备的生料浆脱水后，制成生料块入窑煅烧成熟料的方法，称为半湿法，仍属湿法生产之一种。干法生产的主要优点是热耗低（如带有预热器的干法窑熟料热耗为3140～3768焦/千克），缺点是生料成分不易均匀，车间扬尘大，电耗较高。湿法生产具有操作简单，生料成分容易控制，产品质量好，料浆输送方便，车间扬尘少等优点，缺点是热耗高（熟料热耗通常为5234～6490焦/千克）。水泥的生产，一般可分生料制备、熟料煅烧和水泥制成等三个工序，整个生产过程可概括为“两磨一烧”。

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硅酸盐水泥的矿物组成

规定：凡以硅酸钙为主的硅酸盐水泥熟料,5%以下的石灰石或粒化高炉矿渣,适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,统称为硅酸盐水泥。

硅酸盐水泥的主要矿物组成是：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙。

硅酸三钙决定着硅酸盐水泥四个星期内的强度；硅酸二钙四星期后才发挥强度作用,约一年左右达到硅酸三钙四个星期的发挥强度；铝酸三钙强度发挥较快,但强度低,其对硅酸盐水泥在1至3天或稍长时间内的强度起到一定的作用；铁铝酸四钙的强度发挥也较快，但强度低，对硅酸盐水泥的强度贡献小。

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什么叫做复合硅酸盐水泥？

“复合”不可单纯的理解为“混合”，不是杂乱无章的将材料拌合在一起，而是按照一定的配比要求酌量添加，分别混合。复合硅酸盐水泥质量稳定，凝结硬化快，早期强度高，和易性和抗渗性等均优于矿渣水泥，干缩性与普通硅酸盐水泥一致。

复合硅酸盐水泥因“复合”二字让部分用户误解，认为复合就是“混杂”。试验研究显示，其混凝土耐久性优于其它品种水泥，适用于中小型构件、农村民房、现浇结构。

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硅酸盐水泥技术的性能

1是凝结的硬化快，由于他的这种早期和后期的强度高，因此在冬季进行施工的混凝土还有地上下需要的高强度结构混凝土以及相应的预应力混凝土工程上都可以使用。

第二个性能是具有良好的抗冻性，这样就可以在严寒地区，一些由于水位的升降影响，遭受了冻融反复循环的一些混凝土工程上进行使用了。

第三个性能是水化热大，这样就不太适合在大体积的混凝土使用工程上使用，在低温的季节还有冬期都是可以进行施工的。

第四个特性是具有很好的抗碳化性，因此这种物质在高CO2浓度环境中可以使用，比如一些铸造厂区等。

第五个性能是具有干缩小的特点，在干燥环境下使用较好，另外还有很好的耐磨性。

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石膏在硅酸盐水泥中的作用解析

水泥的生产过程可以总结为‘两磨一烧’。水泥由石灰石，粘土和铁矿粉等为原材料经研磨，煅烧，冷却等工艺制备得到。石灰石主要成分碳酸钙（CaCO3），和其他矿物石一样，也含有很多的杂质。粘土的主要成分是二氧化硅（SiO2），铁矿粉一般采用赤铁矿，主要成分为三氧化二铁Fe 2O3。在1450℃的高温下，石灰石分解成了氧化钙与二氧化碳，其中二氧化碳排出，氧化钙又继续与黏土类矿物在高温下反应、融合，形成了有胶凝性能的材料，这种被高温“做熟了”的材料被形象地称为“熟料”。

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325水泥需要多长时间凝固？

凝结时间，分成初凝和终凝。当混凝土刚开始失去塑性叫做初凝，当混凝土完全失去塑性就叫做终凝。一般来说混凝土的凝结时间和水泥的凝结时间有关。对普通水泥而言，初凝不小于45min，终凝不迟于10h。混凝土也差不多。

但是现在的混凝土往往都掺有一些混合材和外加剂，会影响正常的凝结时间，尤其是外加剂。混凝土外加剂分很多品种，有关凝结时间的有混凝剂和速凝剂等等，可以延长或者缩短凝结时间。一般来说，凝结时间过长，对后期强度影响不是很大。混凝土强度主要和水灰比和水泥用量有关。但是如果凝结时间过长，而在这段时间混凝土受到意外的伤害，这个就难说不会降低混凝土的强度了。

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水泥的安定性

水泥在硬化过程中，如果不产生不均匀的体积变形，没有产生裂缝、弯曲等现象，则称为体积安定性合格;如果水泥硬化后体积产生了不均匀变化，造成有害的膨胀，将使建筑物开裂，甚至崩溃，则称为安定性不合格。此种水泥不能在工程中使用。如果水泥中含有过多的游离氧化钙或氧化镁，特别是颗粒较粗，而且在工厂的存放时间又较短时，就会产生安定性不合格的现象。因为这种过火(1000℃以上)的氧化钙与氧化镁没有完全经过充分熟化，本身水化很慢，在水泥凝结以后即在有水泥石约束的条件下才开始水化，产生体积膨胀后，就会形成开裂现象。此外，如果水泥中3氧化硫含量过多时，会生成硫铝酸钙，体积膨胀，也将造成安定性不良。