矿渣水泥中钙矾石形成条件及其作用.pdf

第九卷第三期,沁

报,
年月硅酸盐学

矿渣水泥中钙矾石形成条件及其作用’

楼宗汉徐先宇韩韧刘崇熙

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浙江大学长江水电研究院

摘要

本文主要研究钙矾石··‘·,简称盐,联系矿渣硅酸盐水泥和石
膏矿渣水泥在水化硬化过程中的物理化学条件,探讨盐的生成和作用。在这个基础上,进一步改变
矿渣硅酸盐水泥和石膏矿渣水泥的组成,得到具有微膨胀特性的矿渣水泥,并论述盐在这种矿渣水
泥中的生成数量、速度、形态、稳定性及其膨胀作用。

一、钙矾石在矿渣水泥中的生成、作用及其局限性

二种主要的矿渣水泥品种,即矿渣硅酸盐水泥和石膏矿渣水泥,在水化硬化过程中,
盐的生成、长大和转变,各有其明显的特点。
作者“’’和其它一些研究者‘’早就注意到各种矿渣水泥中盐形态的不同。在大水灰
比条件下,用偏光显微镜观察,可以看到在矿渣硅酸盐水泥水化生成的盐,是以固相为
依托,呈团集分布的晶体在石膏矿渣水泥水化生成的盐主要是细棒状的单个分布的晶
体。经射线和差热分析,证明它们是同一种物质。同时证明矿渣硅酸盐水泥中存在固相
,液相中的为饱和或过饱和石裔矿渣水泥中则不存在固相,而且
液相中浓度亦很快下降到甚低的数值。矿渣硅酸盐水泥的熟料掺加量一般为一,
石膏矿渣水泥仅,二种盐的不同形态,是二种水泥硬化过程的碱性条件不同的直接

·
结果。为了验证这个情况,我们合成单矿物,与二水石奋,
按盐的化学组成比例拌合,分别投人浓度巧、、、和的石灰溶液
中,制成密封的水化薄片,再经显微镜观察,结果如图图版。
用·,、·等单矿物的实验,亦得到同样的结果。
这同二种矿渣水泥的实验结果,可以相互印证。
琳从一一和一‘一二个相系统‘“,,可以看到饱和和接近饱和
的浓度,对铝酸盐和石膏的溶解度有很大的抑制作用。不过,石裔毕竟是易溶的物质。
溶液中的’和夏一常是比较多的,百才是比较少的,而溶液中’、二一和万离
子总是很快就形成盐,所以万从固相铝酸盐逐步溶出,在周围形成浓度梯度,盐就
以固相铝酸盐为依托继续生成,呈团集分布状态。
当溶液中浓度较低时,亦如一一和一‘,二个相系统所表

本文曾参加第七届国际水泥化学会议。
硅酸盐学报卷期

明的那样,铝酸盐和石裔的溶解度都是比较大的,盐在全溶液的条件下,生成细棒状的没
有一定方向的单个分布的晶体。因此,盐的二种不同的形态,是同生成过程的特点相联系
的。实质上是一个动力学问题。

·
由于一个分子盐中含个分子的,可以知道,当盐形成时,它的固相体积膨
胀达一倍以上。当它以固相为依托,呈团集分布的晶体时,它的一端有某种程度的固定,定
向生长产生晶体生长压力。这样,盐的固相体积增大和晶体生长压力,都驱使着水泥石体

’
积的膨胀。我们认为,矿渣硅酸盐水泥的盐就是这样一种情况,因此,要严格控制石音掺
加量,限制盐的生成数量,使其在水泥浆体尚处于塑性状态时即基本生成,以防止盐的
膨胀破坏作用。
盐的细棒状的单个分布的晶体,二端都可以自由长大,它很少产生以至不产生晶体生
长压力。驱使水泥石体积膨胀的力量,主要依靠固相体积的增大。我们认为,石膏矿渣水泥
的盐就是这样一种情况,盐数量虽多,水泥硬化后的体积效应仍是收缩的,只是收缩较
少,内部结构较为密致而已。
从以上的叙述,可以看到由于矿渣硅酸盐水泥和石合矿渣水泥中熟料的掺加量不同,
因而硬化过程的碱性条件不同,致使盐生成过程的特点不同,所产生的盐的形态不同,
驱使水泥石体积膨胀的力量亦不同。实质是熟料、矿渣和石音三者之间的相互作用和制约关
系的问题。
二种矿渣水泥中,盐是否能长期稳定是应加注意的又一个问题。在矿渣硅酸盐水泥石

··
的射线分析中,可以看到低型硫铝酸钙‘,简称盐在

‘
矿渣硅酸盐水泥中另加·单矿物,盐更为明显出现。
实验还证实当盐处于高浓度和低‘浓度时,能转变为盐。盐和盐的
离解式和溶度积,方程式如下
···二二之”万呈一一
晋““·百·乏一·一‘
···二之万乏一一
晋’‘·万·了‘·一‘
根据实测,盐的溶度积远比盐为小。但是盐的溶度积同。乏一成正比例,盐
的溶度积则同专一‘成正比例,因此,在乏一含量甚低的溶液中,有利于盐的生成。当
盐在和较多的溶液中存在时,盐的溶解度虽然很低,溶液中总有一些一存
在,这样就会生成盐。而盐的生成,将使溶液中二一进一步下降,以至破坏盐存在所
必需的专一的极限平衡浓度,使盐离解。同时,盐离解以后,溶液中的士一重新有了增月
加,又为盐的继续生成创造条件和基础。这样,盐将较多生成,最后达到某种平衡,
盐和盐二者并存,在特定条件下盐可能消失。正因为如此,矿渣硅酸盐水泥中的盐不
能稳定存在,并必然出现盐〔’。
石奋矿渣水泥则不同,加水硬化以后石膏是过剩的,液相中浓度则趋向甚低数值。
因此,盐是能长期稳定存在的,对长龄期的石膏矿渣水泥的水泥石进行射线分