氧化鈣（CaO）是水泥生產中的關鍵組分，其含量與存在形式對水泥的凝結時間（包括初凝時間和終凝時間）具有顯著影響。這種影響既涉及化學反應的速率，也與水泥礦物組成的平衡密切相關，具體可從以下幾個方面展開分析：

一、氧化鈣的存在形式與水泥礦物組成

水泥的主要礦物相包括：

• 矽酸三鈣（C₃S）：決定水泥早期強度，水化速度較快；

• 矽酸二鈣（C₂S）：主要影響後期強度，水化速度較慢；

• 鋁酸三鈣（C₃A）：水化速度極快，是導致水泥急凝的主要因素；

• 鐵鋁酸四鈣（C₄AF）：水化速度中等，對強度貢獻較小。

氧化鈣在水泥中以兩種形式存在：

1. 結合態氧化鈣：通過高溫煅燒與矽、鋁、鐵等氧化物結合成上述礦物相，是水泥強度的主要來源。

2. 遊離態氧化鈣（f-CaO）：未完全參與反應的氧化鈣，以遊離狀態存在，其含量高低直接影響水泥性能。

二、遊離氧化鈣對水泥凝結時間的影響

1. 含量較低時：加速凝結

• 少量遊離氧化鈣在水泥水化初期會迅速與水反應生成氫氧化鈣（Ca (OH)₂），釋放鈣離子（Ca²⁺）。

• Ca²⁺作為電解質，會增加水泥漿體中的離子濃度，促進 C₃A 的水化反應生成鈣礬石（AFt），同時加速 C₃S 的水化形成水化矽酸鈣（C-S-H）凝膠。

• 結果：縮短初凝和終凝時間，尤其對早期凝結過程有明顯加速作用。

2. 含量過高時：延緩或異常凝結

• 若水泥中遊離氧化鈣含量超標（如超過 1.5%~2.0%），其水化速度較慢（因高溫煅燒導致結構致密，活性較低），會在水泥硬化後期持續與水反應。

• 後期水化產生的氫氧化鈣晶體體積膨脹（約 1.98 倍），可能破壞已形成的硬化結構，導致延遲膨脹開裂。

• 現象：水泥加水後迅速凝結，但經攪拌後又能恢復可塑性，本質是 C₃A 快速水化生成局部鈣礬石，隨後被遊離氧化鈣水化產生的 OH⁻離子破壞所致。

• 對凝結時間的影響：初期可能因 Ca²⁺濃度升高加速凝結，但後期遊離氧化鈣的持續水化會幹擾正常水化進程，導致終凝時間延長或凝結過程異常。

三、結合態氧化鈣的間接作用

結合態氧化鈣通過影響礦物相比例間接調控凝結時間：

1. C₃A 含量的影響：

• 氧化鈣含量較高時，配料中鋁酸三鈣（C₃A）的生成量增加。C₃A 水化極快，若未被石膏有效緩凝，會導致水泥急凝（初凝時間＜45 分鐘）。

• 實際生產中需通過調整石膏摻量（通常 3%~5%）抑制 C₃A 的快速水化，但若氧化鈣過多導致 C₃A 比例失衡，石膏緩凝作用可能不足，引發凝結時間異常。

2. C₃S 與 C₂S 的比例：

• 氧化鈣含量適當增加可提高 C₃S 比例，加速早期水化，縮短凝結時間；若氧化鈣過量，可能導致部分氧化鈣無法結合為 C₃S，轉而以遊離態存在，反而通過遊離鈣效應幹擾凝結。

四、實際生產中的控制措施

為避免氧化鈣對凝結時間的不利影響，水泥生產中需精準調控：

1. 煅燒工藝優化：

• 確保石灰石與原料充分反應，降低遊離氧化鈣含量（一般控制在 1% 以下），可通過提高煅燒溫度（1450℃左右）或延長煅燒時間實現。

2. 原料配比平衡：

• 合理控制氧化鈣與矽、鋁、鐵氧化物的比例（石灰飽和系數 KH），避免因氧化鈣過量導致礦物相失衡。

3. 石膏摻量精準控制：

• 根據 C₃A 含量調整石膏摻量，利用（SO₄²⁻）與 C₃A 反應生成鈣礬石，延緩其水化速度，確保初凝時間符合標準（≥45 分鐘）。

總結

氧化鈣對水泥凝結時間的影響具有雙重性：適量的遊離氧化鈣可通過增加 Ca²⁺濃度加速早期水化，而過量遊離氧化鈣會因後期膨脹和水化滯後導致凝結異常。結合態氧化鈣則通過調控礦物相組成間接影響凝結速度。實際生產中，需通過嚴格控制遊離鈣含量、優化礦物配比及石膏摻量，使水泥凝結時間（初凝≥45 分鐘，終凝≤600 分鐘）符合國家標準，同時保證強度與體積穩定性。這一過程體現了水泥化學中 “微平衡” 對性能的決定性作用。