關(guān)于這個問題,成百上千的科學家已經(jīng)研究了上百年,在細節(jié)上至今仍有爭議。但其基本過程已經(jīng)形成了共識。總的來說,水泥的水化,就像是一群刺猬,從光滑的肉球中長出了刺,然后依靠這些“刺”互相扎在一起。只不過,這些刺猬只有幾微米大,它們的刺更是只有幾個納米。所以,從宏觀上看,就是一塊天衣無縫的堅硬巖石了。
在施工之前,我們將水泥與水,還有一些砂子石子拌在一起(通常是1份水、2-3份水泥)。砂子和石子基本不參加反應,硬化主要靠水泥與水。在水泥粉末剛剛與水接觸時,表面會發(fā)生些許的溶解,顆粒中的鈣離子溶解進水中,形成強堿性的溶液。在堿性溶液的刺激下,水泥顆粒表面那些比較活躍的硅氧鍵就會斷裂,硅元素也進入溶液中,并與水結(jié)合。
短短幾個小時過去,水中的鈣、硅濃度都變得相當高。這時,它們就會結(jié)合形成無數(shù)個水化硅酸鈣(C-S-H)小顆粒覆蓋在水泥的表面,形成一個C-S-H薄殼。在接下來的幾個小時里,水泥顆粒逐漸溶解、縮小,開始離這層薄殼越來越遠;而構(gòu)成這層薄殼的無數(shù)小顆粒就像無數(shù)顆種子,細長的C-S-H纖維以此為起點,不僅向外生長,也向內(nèi)生長。向內(nèi)生長的纖維將水泥顆粒與薄殼緊密相連,向外生長的纖維則將不同的水泥顆粒聯(lián)結(jié)在一起。
隨著時間的進展,水泥與水逐漸消耗了,而這些纖維之間的聯(lián)結(jié)越來越緊密,最后形成了一個堅實的整體,即使在電子顯微鏡下也分不清彼此了。這時的產(chǎn)物被稱為“水泥石”。在我們看到的尺度上,就是水泥“凍硬了”。而隨著水的消耗,水泥漿黑色的外表也逐漸褪去,變成了灰白色。再經(jīng)過必要的養(yǎng)護,這塊混凝土就算是可以用啦。
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