همان طور که در شکل ۳-۱ نشان داده شده است روندهای هیدراتاسیون C3S و C2S در حالت خالص به نحو چشمگیری با یکدیگر متفاوت اند. در سیمان های تجاری، سیلیکات های کلسیم حاوی مقادیر کمی از ناخالصی های بعضی از اکسیدهای موجود در کلینکر می باشند. C3S «ناخالص» را Alite و C2S ناخالص را Belite می نامند. این ناخالصی ها تاثیر زیادی بر خواص هیدرات های سیلیکات کلسیم دارند.
عقیده بر آن است که وقتی هیدراتاسیون در مقدار محدودی آب رخ دهد (مانند هیدراتاسیون خمیر سیمان در ملات یا در بتن)، هیدرولیز C3S صورت می گیرد و سیلیکات کلسیم با قدرت قلیایی کمتر تولید می نماید و نهایتا C3S2H3 با آهک احیا شده به صورت Ca(OH)2 جدا می شود. ولیکن در مورد اینکه آیا نهایتا C3S و C2S تبدیل به یک نوع هیدرات می شوند یا خیر تردیدهایی وجود دارند. از ملاحظات حرارت هیدراتاسیون6-1 و مساحت سطح محصولات هیدراتاسیون13-1 به نظر می رسد که این امر واقعیت داشته باشد، ولیكن مشاهدات فیزیکی دال بر آن است که ممکن است بیش از یک احتمالا چندین نوع هیدرات سیلیکات کلسیم مشخص، به وجود آید. چنانچه قسمتی از آهک جذب گردد و یا به صورت محلول جامد در آید، نسبت آهک به سلیس C:S تغییر خواهد نمود.
شواهدی قوی وجود دارند که محصول نهایی هیدراتاسیون C2S، دارای نسبت آهک به سیلیسی برابر با 1/65 می باشد. این امر ممکن است ناشی از این حقیقت باشد که هیدراتاسیون C3S به وسیله روند پخش یونها از میان قشر هیدراتی که در بالای آن قرار دارد، کنترل می گردد، در حالی که هیدراتاسیون C2S ، به وسیله روند کند واکنش زایی ذاتی خود کنترل می شود14-1. به علاوه، ممکن است دما بر محصولات هیدراتاسیون این دو نوع سیلیکات تاثیر بگذارد، زیرا نفوذپذیری ژل تحت تاثیر دما واقع می شود.
نسبت C:S را نمی توان با اطمینان زیاد تعیین نمود، زیرا روش های مختلف نتایج متفاوتی به دست می دهند74-1. اختلاف می تواند به زیادی 1/5 از طریق تجزیه شیمیایی و ۲ از طریق تجزیه وزنی - حرارتی گردد66-1. از سنجش الكترون - نوری همچنین مقادیر پایینی برای نسبت C:S به دست آمده است72-1. همچنین نسبت فوق با زمان تغییر می کند و تحت تاثیر عناصر یا ترکیبات دیگر موجود در سیمان قرار می گیرد. امروزه هیدرات های سیلیکات کلسیم را عموما به صورت C-S-H توصیف می کنند و عقیده بر آن است که احتمالا نسبت C:S نزدیک به ۲ باشد. از آنجا که بلورهای تشکیل شده به وسیله هیدراتاسیون کامل نبوده و بی اندازه کوچک هستند، لزومی ندارد که نسبت مولکولی آب به سیلیس یک عدد کامل باشد. معمولا C-S-H حاوی مقادیر کمی از Mg , Fe , Al و یونهای دیگر می باشد. قبلا C-S-H را ژل تو برموریت (Tobermorite) می خواندند زیرا که از لحاظ ساختاری شبیه یک کانی به همین نام می باشد، اما ممکن است این عمل صحیح نباشد60-1 و به همین دلیل امروزه این توصیف به ندرت به کار برده می شود.
با این فرض تقریبی که C3S2H3 محصول نهایی هیدراتاسیون C2S و C3S باشد، می توان واکنش های هیدراتاسیون را (به عنوان یک راهنمایی، گرچه موازنه شده و دقیق نمی باشند) به صورت زیر نوشت:
برای :C3S
2C3S + 6H→ C3S2H3 + 3Ca(OH)2
جرم های مربوط به کار رفته عبارتند از :
100+24→75+49
برای :C2S
2C2S + 4 H → C3S2H3 + 3Ca(OH)2
جرم های مربوط به کار رفته عبارتند از:
100+21→ 99+22
بنابراین بر مبنای جرمی، هر دوی این سیلیکات ها، برای هیدراتاسیون، تقریبا به مقدار آب یکسانی احتیاج دارند، ولی مقدار Ca(OH)2 تولید شده به وسیله C3S، بیش از دو برابر مقداری است که توسط هیدراتاسیون C2S تشکیل می گردد.
خواص فیزیکی هیدرات های سیلیکات کلسیم با توجه به خصوصیات گیرش و سخت شدن سیمان قابل توجه می باشند. این هیدرات ها معمولا به صورت کاملا بی شکل ظاهر می شوند ولی نتیجه مشاهدات میکروسکوپ الکترونی خصوصیت بلوری بودن آنها را نشان می دهد. ذکر این نکته درخور توجه است که یکی از هیدرات هایی که توسط Taylor 1-15به صورتCSH(I) نشان داده شده است دارای ساختمان لایه ای، مشابه با بعضی از کانی های خاک رس (مانند مونتموریلونیت و هالوزیت) می باشند. لایه های منفرد در صفحات محوری a و b کاملا بلوری هستند در حالی که حد فاصل بین آنها دقیقا مشخص نیست. چنین شبکه ای قادر خواهد بود بدون اینکه تغییرات اساسی حاصل کند مقادیر مختلفی از آهک را در خود جای دهد . این نکته با نسبت های مختلف آهک به سیلیس که در فوق ذکر گردید، مرتبط است. در واقع منحنی های حاصل از پودر، نشان داده اند که متجاوز از یک مولکول آهک برای هر مولکول سیلیس به صورت تصادفی وجود دارد 15-1. Steinour 1-16این موضوع را به عنوان اثر توام محلول جامد و جذب سطحی توصیف نمود.
سیلیکاتهای کلسیم در حالت جامد هیدراته نمی شوند، اما احتمالا در ابتدا سیلیکات های بدون آب وارد محلول می شوند و سپس واکنش نشان می دهند تا هیدرات های سیلیکات با قابلیت حل کمتری تشکیل بدهند، که از محلول فوق اشباع شده جدا می گردد 17-1و این نوعی از مکانیزم هیدراتاسیون می باشد که اولین بار توسط Le Chatelier در سال ۱۸۸۱ مطرح گردید.
مطالعات Diamond 1-60نشانگر آن است که هیدرات های سیلیکات کلسیم در شکل های مختلفی وجود دارند. به صورت ذرات اليافی، ذرات ورقه ای، شبکه لوزی و مربع که توصیف همگی قدری مشکل است. ولیکن شکل عمده آنها به صورت ذرات الیافی، (احتمالأ جامد، و احتمالا تو خالی)، در بعضی مواقع ورقه ای، و در بعضی مواقع در انتها شاخه دار می باشد. نوعا طول آنها 0/5μm تا ۲μm و عرض آنها کمتر از 0/2μm می باشد. این توصیف تصویر دقیقی به دست نمی دهد، ولیکن ساختار هیدرات های سیلیکات کلسیم بسیار پیچیده تر از آن است که بتوان با روش های موجود، شامل ترکیبی از میکروسکوپ الکترونی و طیف سنج پخش انرژی اشعه ایکس چنین تصویری را به دست آورد.
هیدراتاسیون C3S تا حد زیادی نشانگر رفتار سیمان می باشد و توصیفی از موضوع یاد شده مناسب به نظر می رسد. هیدراتاسیون با روند ثابتی پیشرفت نمی نماید، یا حتی با تغییر دائمی صورت نمی گیرد. آزاد شدن سریع اولیه هیدروکسید کلسیم به داخل محلول یک لایه خارجی از سیلیکات کلسیم، شاید به ضخامت ۱۰μm را به وجود می آورد61-1. این لایه باعث توقف هیدراتاسیون بیشتر می گردد، به طوری که تا مدتی بعد از آن هیدراتاسیون کمی اتفاق می افتد.
از آنجا که هیدراتاسیون سیمان یک واکنش گرمازا است، روند ایجاد حرارت نشانه ای از روند هیدراتاسیون می باشد. این امر نشان می دهد که سه قله در روند هیدراتاسیون در سه روز اول (یا در همان حدود)، از زمانی که سیمان خشک در تماس با آب قرار می گیرد، وجود دارند. شکل ۴-۱ نمودار روند ایجاد تدریجی گرما بر حسب زمان است81-1. ملاحظه می شود اولین قله، که بسیار بلند است و متناظر با هیدراتاسیون اولیه سطح ذرات سیمان می باشد، عمدتأ حاصل از هیدراتاسیون C3A است. مدت این هیدراتاسیون با روند زیاد بسیار کوتاه است، و به دنبال آن یک دوره غير فعال، که برخی مواقع دوره القا نیز نامیده می شود، و در این دوره روند هیدراتاسیون بسیار کم است، ادامه می یابد. این دوره که طی آن خمیر سیمان از کارآیی مناسبی برخوردار است، یک یا دو ساعت طول می کشد.
سرانجام لایه سطحی احتمالا با مکانیزم اسمزی یا با رشد بلورهای هیدروکسید کلسیم، شکسته می شود. روند هیدراتاسیون (و بنابراین ایجاد حرارت) با روند نسبتا کمی افزایش می یابد و محصولات هیدراتاسیون دانه های منفرد، با یکدیگر تماس حاصل می نمایند، و سپس گیرش اتفاق می افتد. روند ایجاد حرارت نوعا در عمر حدود ۱۰ ساعت به قله دوم می رسد، اما در بعضی مواقع به زودی ۴ ساعت طول می کشد.
پس از این قله روند هیدراتاسیون در یک دوره طولانی کاهش می یابد، پخش از میان منافذ محصولات هیدراتاسیون از عوامل کنترل کننده می باشد62-1. در اکثر سیمانها (اما نه در همه)، یک تجدید افزایش روند هیدراتاسیون، تا یک قله سوم کوتاه تر، در عمر بین ۱۸ و ۳۰ ساعت، وجود دارد. این قله به واکنش تجدید شده C3A، به دنبال اتمام سنگ گچ، مربوط است.
پدیده قله دوم با حضور قلیایی ها، با نرمی بیشتر ذرات سیمان و با افزایش درجه حرارت، افزایش پیدا می کند.
به علت تشابه پیشرفت هیدراتاسیون سیلیکات های کلسیم خالص و سیمان پرتلند تجاری، آنها افزایش مقاومت مشابهی نشان می دهند20-1. خیلی قبل از اینکه واکنش های هیدراتاسیون کامل شوند، مقاومت قابل توجهی به دست می آید و چنین به نظر می رسد که مواد هیدراته نشده باقی مانده توسط مقدار کمی از مواد هیدراته شده، به هم چسبانده می شوند؛ هیدراتاسیون بیشتر باعث ایجاد افزایش کمی در مقاومت می گردد. . او Ca(OH)2 آزاد شده در اثر هیدرولیز سیلیکات های کلسیم، صفحات نازک شش وجهی را اغلب با ده ها میکرون پهنا، به وجود می آورند، اما سپس به تدریج به یک لایه رسوبی جرمی تبدیل می شوند60-1.
