硅酸盐水泥的水化与硬化水泥工艺学ppt课件.ppt

§7 硅酸盐水泥的水化与硬化 •§7.1 熟料矿物的水化 •一、硅酸三钙•1.C3S的水化反响•3CaO·SiO2+nH2O =x CaO·SiO2·yH2O+〔3-x〕Ca(OH)2•即: C3S+nH = C-S-H +〔3-x)CH•式中 x——表示钙硅比〔C/S〕 • n——表示结合水量 •⑴ C-S-H〔水化硅酸钙〕•特点：•凝胶〔非晶体〕，水泥石强度主要提供物质•组成不固定：•[CaO]：0.112～1.12g/l时，•C-S-H〔Ⅰ〕 (0.8～1.5)CaO·SiO2·(0.5～2.5)H2O•[CaO]>1.12g/l时，•C-S-H〔Ⅱ〕 (1.5～2.0)CaO·SiO2·(1～4)H2O•⑵ CH 〔氢氧化钙〕•特点：•较粗大晶体，呵斥水泥石强度下降；•维持水泥石体系较高碱度，稳定C-S-H；•可作为火山灰质等混合材的碱性激发剂•2.水化过程 •⑴ 诱导前期•急剧反响，出现第一个放热峰，时间很短，在15min以内终了•⑵ 诱导期:•反响极其缓慢，又称静止期普通继续 1～4ｈ，是硅酸盐水泥浆体能在几小时内坚持塑性的缘由•初凝时间根本上相当于诱导期的终了。

•⑶ 加速期:•反响重新加快，出现第二个放热峰，到达峰顶时本阶段即告终了(4～8h)•此时终凝已过，开场硬化•⑷ 减速期：•反响速率随时间下降的阶段，约继续12～24h，水化作用逐渐受分散速率的控制 •⑸ 稳定期：•反响速率很低、根本稳定的阶段，水化作用完全受分散速率控制 •二、硅酸二钙•β型硅酸二钙的水化过程和C3S极为类似，β-C2S的水化反响可采用下式表示:•2CaO·SiO2+mH2O=xCaO·SiO2·yH2O+(2-x)Ca(OH)2•即: • C2S十mH=C-S-H+(2-x)CH•与硅酸三钙水化类似，区别在于：•1、水化速率为硅酸三钙的1/20；•2、水化构成的Ca(OH)2、C-S-H结晶困难，单独水化速度极慢，但是在硅酸盐水泥水化时遭到硅酸三钙影响而水化加快•三、铝酸三钙•在常温下: •2C3A+27H=C4AH19+C2AH8• C4AH19在低于85%的相对湿度时，即失去6摩尔的结晶水而成为C4AH13C4AH19、C4AH13和C2AH8均为六方片状晶体，在常温下处于介稳形状，有向C3AH6等轴晶体转化的趋势 •在液相的氧化钙浓度到达饱和时，•C3A + CH +12H = C4AH13•在硅酸盐水泥浆体的碱性液相中最易发生；•处于碱性介质中的C4AH13在室温下可以稳定存在，其数量迅速增多，就足以妨碍粒子的相对挪动，使浆体产生瞬时凝结。

•在水泥粉磨时通常都掺有石膏进展缓凝 •在石膏、氧化钙同时存在的条件下 ：•C4AH13+3C H2+14H= +CH•所构成的三硫型水化硫铝酸钙，又称钙矾石由于其中的铝可被铁置换而成为含铝、铁的三硫酸盐相，故常以AFt表示钙矾石不溶于碱溶液而在C3A外表沉淀构成致密的维护层，妨碍了水与C3A进一步反响，因此降低了水化速度，防止了急凝 •当C3A尚未完全水化而石膏曾经耗尽时：•C3A水化所成的C4AH13又能与先前构成的钙矾石依下式反响，生成单硫型水化硫铝酸钙〔AFm〕• + 2C4AH13 =3 +2CH+20H•C3A的水化产物CaSO4·2H2O/C3A〔摩尔比〕水化产物3.0AFt1.0～3.0AFt + AFm1.0AFm<1.0单硫型固溶体0水石榴石 C3AH6•四、铁相固溶体•铁铝酸钙的水化反响及其产物与C3A极为类似氧化铁根本上起着与氧化铝一样的作用，也就是在水化产物中铁置换部分铝，构成水化硫铝酸钙和水化硫铁酸钙的固溶体，或者水化铝酸钙和水化铁酸钙的固溶体。

•§7.2 硅酸盐水泥的水化 •一、水化过程•第三个峰：•水泥中硫酸盐含量普通缺乏以将全部C3A转化为AFt相，因此剩余的C3A与AFt相将转化为AFm即单硫酸盐相•第一个峰：AFt相的构成 •第二个峰：相当于C3S的水化 •二、影响水泥水化的要素•1. 水泥矿物组成和晶体构造•2. 水泥细度和水灰比•水泥粉磨得越细，比外表积就越大，与水接触的面积也越大，在其他条件一样的情况下，水化反响就会越快；水灰比在一定范围内变化时，适当增大水灰比，可以增大水化反响的接触面积，使水化速度加快•3. 温度•4.外加剂•促凝剂、早强剂、缓凝剂等•§7.3硬化水泥浆体•一、浆体构造的构成和开展•第一阶段：大约从水泥加水起到初凝为止•C3S和水迅速反响生成Ca(OH)2过饱和溶液，并析出Ca(OH)2晶体同时石膏也很快进入溶液与C3A和C4AF反响，生成细小的钙矾石晶体 •在这一阶段，由于生成的产物层妨碍了反响进一步进展，同时，水化产物尺寸细小，数量又少，缺乏以在颗粒间架桥衔接构成网络状构造，水泥浆体仍呈塑性形状 •第二阶段：大约从初凝到加水24h为止•水泥水化开场加速，生成较多的Ca(OH)2和钙矾石晶体，同时水泥颗粒上升开场长出纤维状的C-S-H。

由于钙矾石晶体的长大和C-S-H的大量构成、增长而相互交错衔接成网状构造，水泥开场凝结，随网状构造不断加强，强度也相应增长，将剩留在颗粒之间空隙中的游离水逐渐分割成各种尺寸的水滴，填充在相应大小的孔隙之中 •第三阶段：加水24h以后，直到水化终了•这一阶段，石膏已根本耗尽，钙矾石开场转化为单硫型水化硫铝酸钙，还能够会构成 C4(A·F)H13随着水化的进展，各种水化产物的数量不断添加，晶体不断长大，使硬化的水泥浆体构造更加致密，强度逐渐提高 •二、硬化水泥浆体的构造 •硬化的水泥浆体是一个非均质的多相体系，是由各种水化产物和残存熟料所构成的固相、孔隙、存在于孔隙中的水及空气所组成即硬化水泥浆体是固、液、气三相共存的多孔体 •1. 水化产物的根本特征各种水化产物的相对含量为：C-S-H凝胶约70%，Ca(OH)2约20% ，钙矾石和单硫型水化硫铝酸钙约7%，未完全水化的残留熟料和其他微量组分约3%•2. 孔构造 •⑴ C-S-H中的层间空间 〔又称凝胶孔〕• C-S-H中的层间空间的宽度为1.8nm，在固体C-S-H中孔隙率占28％该尺寸太小不会对水化水泥浆体的强度和浸透性起不良影响。

•但水在这些小孔隙中为氢键所固定，在某些条件下会移去，可以呵斥干缩和徐变 •⑵⑵ 毛毛细孔孔 •毛毛细孔代表未被水化水泥孔代表未被水化水泥浆固体固体组分所填充的分所填充的空空间水化良好的低水灰比水化良好的低水灰比浆体中，毛体中，毛细孔在孔在10～～50nm范范围内；在高水灰比内；在高水灰比浆体中，水化体中，水化早期毛早期毛细孔可大至孔可大至3～～5um•大于大于50nm的毛的毛细孔已被假定孔已被假定为是危害是危害强度和度和抗渗性的，而小于抗渗性的，而小于50nm的孔那么的孔那么对干干缩和徐和徐变有更大的重要性有更大的重要性 •⑶⑶ 气孔气孔 •气孔普通呈气孔普通呈圆形，而毛形，而毛细孔那么呈不孔那么呈不规那么外那么外形•在水化水泥在水化水泥浆体中，陷体中，陷进的气孔可大至的气孔可大至3mm，，对水泥石水泥石强度和抗渗性影响非常大；混凝土度和抗渗性影响非常大；混凝土中中经常常掺入引气入引气剂，其目的是在水泥，其目的是在水泥浆体中引体中引入非常入非常细小的气孔，引入的气孔大致范小的气孔，引入的气孔大致范围在在50～～200um，有利于抗渗性的改善有利于抗渗性的改善•3. 水及其存在方式•结晶水：是各种水化产物构造的整体部分，在枯燥时不会失去。

当水化产物受热分解时化学结合水才会放出•吸附水：细毛细管〔5～50nm〕中毛细张力所固定的水；固体外表物理吸附水；C-S-H层间为氢键所结实固定的水等失去吸附水将引起水化水泥浆体的收缩•自在水：在>50nm数量级的大孔中的水，可视为自在水失去自在水不会呵斥任何体积改动。