铝酸钙水泥水化产物的温度敏感性及其对强度的影响机理

温度，作为影响化学反应速率的关键环境参数，对铝酸钙水泥的水化进程及其产物的类型和稳定性扮演着决定性角色。在实际工程应用中，铝酸钙水泥有时会表现出后期强度倒缩的现象，其根源便在于水化产物对温度的敏感性。理解这一机理，对于确保材料的长期性能稳定性至关重要。

铝酸钙水泥（CA）在水化过程中，其产物的具体形态与养护温度紧密相关。这并非一个单一的反应路径，而是一个随温度变化的动态演化过程。

温度区间的差异化水化路径

铝酸钙水泥的水化行为可以大致划分为几个关键的温度区间，每个区间对应着特定的主要水化产物，如下表所示。

表1 不同温度条件下铝酸钙水泥的水化产物演变

注：在水泥化学简式中，C代表CaO, A代表Al₂O₃, H代表H₂O。因此，CAH₁₀为一水合铝酸一钙，C₂AH₈为八水合铝酸二钙，C₃AH₆为六水合铝酸三钙，AH₃为氢氧化铝凝胶。

从反应路径中可以看出，低温（低于10°C）有利于生成六方片状的CAH₁₀。当温度处于10°C至27°C之间时，体系变得复杂，CAH₁₀和C₂AH₈可能同时存在。而一旦温度超过27°C，水化反应则倾向于直接生成更为稳定的C₃AH₆。

介稳相向稳定相的转变：强度倒缩的核心

问题的核心在于，无论是低温下生成的CAH₁₀，还是在常温下生成的C₂AH₈，它们都属于介稳矿物 (Metastable Minerals)。这意味着它们在热力学上并非最终的稳定状态。随着时间的推移或环境温度的升高，这些介稳相会不可逆地向着最终的稳定相——C₃AH₆进行转变。

那么，这种相变为何会导致灾难性的强度下跌呢？答案隐藏在它们微观的物理性质差异中：

1. 晶体结构与形态：CAH₁₀和C₂AH₈均为六方片状晶体，这些片状晶体在硬化过程中交错搭接，形成具有良好力学性能的骨架结构。
2. 密度与体积：C₃AH₆则属于等轴晶系，其晶体形态更为致密。这一点从比重数据上可以清晰地看出：
   • CAH₁₀ 的比重：1.72 g/cm³
   • C₂AH₈ 的比重：1.95 g/cm³
   • C₃AH₆ 的比重：2.52 g/cm³

当六方片状的CAH₁₀或C₂AH₈转化为等轴晶系的C₃AH₆时，固相物质的比重显著增大。在宏观层面，这意味着水化物的固相体积发生了收缩，总含水量也随之降低。这种微观层面的“致密化”并没有带来强度的提升，反而因为在原有硬化体结构中产生了新的孔隙，破坏了晶体间的有效搭接，从而导致硬化水泥石的孔隙率增大，宏观力学强度出现大幅度的衰减。

对这种由相变引起的性能劣化进行精确评估，需要借助专业的物相分析手段，如X射线衍射(XRD)来定量分析不同水化产物的相对含量，并结合微观形貌观察。准确识别水化产物的类型和演变趋势，是预测和控制铝酸钙水泥长期性能的关键。

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因此，对于所有使用铝酸钙水泥的应用场景，无论是在耐火浇注料、快速修补材料还是特种砂浆中，严格控制施工和养护期间的温度，避免其长期处于促进C₃AH₆生成的温度区间，是防止强度倒缩、保障工程质量与安全的核心技术要求。