一块儿普通的混凝土板,可以在浇筑后的很短的时间内凝固,然后在养护的过程中,逐渐获得
足以承重数吨的强度,一旦成型,即使浇水或淋雨也依然可以保持坚硬;混凝土的固化究竟有
什么特殊的地方,为什么在遇水之后,混凝土不会像泡方便面一样,再次变软?
常见的混凝土,是一种水泥与水,还有砂子和石块等所形成的混合物。它的凝固和硬化,以及
其强度随着时间的增长,与一般的物体由湿润变为干燥的过程是完全不一样的。
一块儿方便面的面饼,可以说是一副被脱去了大部分的水分的 “面条骨架”。一旦重新遇
水,干面饼上的细小的孔洞和缝隙就会再次被填满,面条便可以恢复到最初的 “血肉丰满”
的状态;不过,浇筑的混凝土中的水分,绝大部分不会蒸发,而是会与水泥结合,形成水合
物,自动补全水泥中的微粒之间空隙。也就是说,混凝土固化的本质,实际上并不是一个风干
或者脱水的过程,而是水泥与水所发生的 “水合作用”(hydration)。
作为混凝土中的主要胶凝材料,最为常见和通用的水泥是 “波特兰水泥”(portland
cement),一种含有煅烧过的石灰和黏土,并加入了石膏的硅酸盐材料。在拌合以前,干燥
的水泥需要防水和防潮,因为当水泥遇水之后,其中的一些物质便会立即与水结合,使混凝土
变硬。我们经常在路上见到向建筑工地运送混凝土的搅拌车,它们后部的滚筒始终都在转动,
这是为了防止里面的已经掺了水的混凝土中的水泥微粒相互粘合,以便在到达目的地之前,尽
可能地拖延混凝土硬化的时间。
在水泥与水的反应中,最为关键的产品是钙的硅酸盐与水结合所形成的 “水化硅酸
钙”(calcium silicate hydrate,一般简称为:C-S-H)。这是一种直径小于或等于 0.1 微
米的细小晶体,也是一般的混凝土中的最主要的水合产物。
2016-08-26 pgl147258 阅 3487 转 5
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2021/12/18 为什么混凝土一直很坚固?
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混凝土也许可以在一天之内完全凝固,但是在它的内部,水泥的水化反应可以持续数月,甚至
数年,不断产生新的水合物,并提高混凝土的结构强度。然而,即使有足量的水和水泥,水合
作用也总有停止的一刻,不可能永远进行下去。这是因为,水合反应最初是发生在水泥微粒的
外层的,水合物会逐渐地包裹住这些颗粒,最终,当外层的水合产物的密度大到无法使水分穿
透,去与中心的水泥发生反应时,水合作用就无法再进行下去了。这一刻,在理论上,混凝土
也就达到了它的极限强度,还有最低渗透性。一般情况下,正常的混凝土都会在拌合后的第
28 天达到大约 80% 到 99% 的抗压强度。
水泥与水的结合,是一种放热的化学反应,因此水合作用的进程,可以用水泥放热的效率与时
间的关系来表示。可以发现,开始遇水之后,水泥在一段较短的时间内的放热率很高,然而随
后却有明显的减少,这正是因为形成于水泥微粒外层的水合物阻止了更多的水分的渗透。在这
一小段 “休眠期” 中,水合作用的速率很慢,使得人们可以有机会将拌合好的水泥运送至建
筑工地,并在其硬化之前浇筑和塑形。
如果去参观建筑工地,我们可能会看到建筑工人们在塑形混凝土的时候,使用连接着电机的震
动装置来使混凝土保持流动性,这么做当然也是为了排除气泡。当水化反应产生热量的速率第
二次抬升时,混凝土的固化过程才真正开始。
很多的外部因素可以影响到混凝土的凝固,尤其是温度。在较为温暖的环境下,水合作用的速
率也较快,混凝土固化所用的时间会较短,随后,强度逐渐增加的速度也会更快。比如,在
30℃ 与 20℃ 下相比,水化反应的速率相差近一倍。这也是冬季施工比其它季节更加困难的
原因之一。如果环境温度很低的话,就必须想办法让混凝土长时间保持它应有的外形,因为即
使向混凝土中加入了可以提高水合反应的速率的添加剂,凝固的过程可能依然会十分漫长。
另外,在雨季中浇筑混凝土也有一定的风险。虽然纯净水对已经成型了的混凝土几乎没有危
害,但是如果在固化之前,特别是塑形的时候下雨了的话,混凝土必须要加以掩盖,否则至少
成品的表面的质量会受到影响。这是因为,在固化期间,混凝土中的水与水泥的比例(水灰
比)非常重要,它左右着日后的强度的发展。雨后,如果在没有固化的混凝土的表面的积水完
全蒸发掉的情况下继续塑形的话,多余的水分就会被混合进去,让水与水泥的比例变大,使凝
固后的混凝土的最终强度降低。
有时候,我们可以发现,还没有完全固化的混凝土的表面会 “渗” 出水来,这种现象叫作
“泌水”(bleeding),是由混凝土中的物质在沉降的过程中,无法参与水合作用的水分上
浮到表面上所引起的。如果不等这些水蒸发,就继续对混凝土进行塑形的话,危害与上面提到
2021/12/18 为什么混凝土一直很坚固?