《无机材料工学教学课件》6-水泥水化.ppt

第六章第六章 水泥的水化硬化水泥的水化硬化６６.1 熟料单矿的水化熟料单矿的水化6.1.1 6.1.1 硅酸三钙硅酸三钙u水化反应水化反应3 CaO SiO2 + n H2O === x CaO SiO2 y H2O + (3-x) Ca(OH) 2或：或： C3S + n H === x C-S-H + (3-x) CHC-S-H凝胶凝胶Ca(OH)2晶体晶体水　泥　工　艺水　泥　工　艺 u水化过程水化过程Ø诱导前期诱导前期: :与水接触后立即发生急剧的化学反应，只有与水接触后立即发生急剧的化学反应，只有1515分钟左右；分钟左右；Ø诱导期：诱导期：水化速度突然变得很慢，持续水化速度突然变得很慢，持续1 1～～4h4h；；Ø加速期：加速期：水化重新加快，历时水化重新加快，历时4 4～～8h;8h;Ø减速期：减速期：水化逐渐变慢，水化逐渐变慢，C C3 3S S浆体已完全转变成硬化体，浆体已完全转变成硬化体，反应转入扩散方式持续反应转入扩散方式持续1212～～24h24hØ稳定期稳定期：：反应速度再次减低至接近于零，水化作用完反应速度再次减低至接近于零，水化作用完全处于扩散控制方式，几乎停止。

全处于扩散控制方式，几乎停止水　泥　工　艺水　泥　工　艺 水泥水化过程5个不同阶段划分与水化放热曲线水　泥　工　艺水　泥　工　艺 6.1.2 硅酸二钙硅酸二钙 u水化反应水化反应2 CaO SiO2 + m H2O === x CaO SiO2 y H2O + (2-x) Ca(OH)2或或 C2S+m H ==== C-S-H + (2-x) CH 水　泥　工　艺水　泥　工　艺 u -C2S水化水化过程与程与C3S的异同的异同Ø水化产物均为水化产物均为C-S-HC-S-H和和CH,CH,释放的释放的CHCH相对较少，相对较少，C-C-S-HS-H中的中的C/SC/S较低；较低；Ø同样经历诱导前期、诱导期、加速期、减速期和同样经历诱导前期、诱导期、加速期、减速期和稳定期几个阶段；稳定期几个阶段；Ø水化速率比小得多，约为水化速率比小得多，约为C3S水化速率的水化速率的1/20水　泥　工　艺水　泥　工　艺 6.1.3 铝酸三钙 u水化反应水化反应Ø液相液相CaCa2+2+浓度达浓度达Ca(OH)Ca(OH)2 2饱和浓度时饱和浓度时C C3 3A + Ca(OH)A + Ca(OH)2 2 + 12H === C + 12H === C4 4AHAH1313 在在未未掺掺石石膏膏的的硅硅酸酸盐盐水水泥泥的的水水化化中中，，非常容易形成非常容易形成C C4 4AHAH13,13,会导致水泥的快凝。

会导致水泥的快凝水　泥　工　艺水　泥　工　艺 Ø有石膏参与的情况有石膏参与的情况ü石膏充足时，形成石膏充足时，形成C C3 3A A●●3CaSO3CaSO4 4●●H H3232C C4 4AHAH1313+3CaSO+3CaSO4 4+14H==C+14H==C3 3A A●●3CaSO3CaSO4 4●●H H3232+CH+CHü石膏不足时，转变成石膏不足时，转变成C C3 3A A●●CaSOCaSO4 4●●H H1212 C C3 3A A●●3CaSO3CaSO4 4●●H H3232+2C+2C4 4AHAH1313==3C==3C3 3A A●●CaSOCaSO4 4●●H H1212+2CH+20H+2CH+20Hü石膏极少时，形成石膏极少时，形成C C3 3A A●●CaSOCaSO4 4●●H H1212和和C C4 4AHAH1313固溶体固溶体C C4 4AHAH1212+C+C3 3A+CH+12H==2CA+CH+12H==2C3 3A A●●(CS,CH)(CS,CH)●●H H1212水　泥　工　艺水　泥　工　艺 C C3 3A A水化情况归纳水化情况归纳 实际参加反应的实际参加反应的CSHCSH2 2/C/C3 3A A比比 水化产物水化产物 3.0 3.0 钙矾石钙矾石 3.03.0～～1.0 1.0 钙矾石＋单硫型水化硫铝酸钙钙矾石＋单硫型水化硫铝酸钙 1.0 1.0 单硫型水化硫铝酸钙单硫型水化硫铝酸钙 ＜＜ 1.0 1.0 单硫型固溶体单硫型固溶体{C{C3 3A(CS, CH)HA(CS, CH)H1212} } 0 0 C C3 3AHAH6 6 水　泥　工　艺水　泥　工　艺 C3A的水化过程水　泥　工　艺水　泥　工　艺 6.1.4 铁相固溶体uC C4 4AFAF的水化与的水化与C C3 3A A的的极其相似极其相似 FeFe2 2O O3 3 起起AlAl2 2O O3 3 的的作作用用，，水水化化产产物物中中铁铁置置换换部部分分铝铝，，形成水硫铝酸钙和水化硫铁酸钙的固溶体。

形成水硫铝酸钙和水化硫铁酸钙的固溶体石膏充足时形成石膏充足时形成C C3 3(A,F)(A,F)●●3CaSO3CaSO4 4●●H H3232石膏不足时形成石膏不足时形成C C3 3(A,F)(A,F)●●CaSOCaSO4 4●●H H1212水　泥　工　艺水　泥　工　艺 6.2 硅酸盐水泥的水化和硬化水化反应水化反应u水化反应基本上是在含碱的氢氧化钙和硫酸钙的水化反应基本上是在含碱的氢氧化钙和硫酸钙的饱和溶液中进行饱和溶液中进行硅酸钙硅酸钙→→CaCa2+2+, OH, OH- -铝酸钙铝酸钙→→CaCa2+2+, Al(OH), Al(OH)4 4- -铁铝酸盐铁铝酸盐→→CaCa2+2+, Fe(OH), Fe(OH)4 4 - -硫酸钙硫酸钙→→CaCa2+2+, SO, SO4 42-2-碱的硫酸盐碱的硫酸盐→→NaNa+ +, K, K+ +, SO, SO4 42-2-水　泥　工　艺水　泥　工　艺 u各矿物水化与单矿水化相似各矿物水化与单矿水化相似u各矿物之间有相互作用各矿物之间有相互作用C C3 3S S促进促进C C2 2S S的水化的水化C C3 3A A和和C C4 4AFAF争夺消耗争夺消耗SOSO4 42-2-碱促进碱促进C C3 3S S的水化的水化水化产物均为固溶体水化产物均为固溶体水　泥　工　艺水　泥　工　艺 硅酸盐水泥水化过程及水化产物硅酸盐水泥水化过程及水化产物 C3S 较快C3A 极快石膏C4AF 快C2S 慢C3SHxC2SHyC-S-H(C/S=1.5)+Ca(OH)2C-S-H (C/S=1.5-1.8)水化硅酸钙（微晶）C4AH13C3A3CSH32C3(A, F)3CSH32C4(A, F)H13当石膏用完后还有剩余C3A时当石膏用完后还有剩余C4AF时C3ACSH12C3(A, F)3CSH32C3A(CS,CH)H12C3(A, F)(CS,CH)H12C3AH6C3(A, F)H6水　泥　工　艺水　泥　工　艺 6.2.6.2.２水化产物组成和形貌２水化产物组成和形貌uC-S-HØ一种有一种有CaOCaO、、SiOSiO2 2、和、和H H2 2O O按照某种比例相结合形按照某种比例相结合形成的水化硅酸钙。

但成的水化硅酸钙但C/SC/S、、H/SH/S并非定值，并固溶并非定值，并固溶有其它离子有其它离子Ø无定形胶体状无定形胶体状, ,结晶程度极差结晶程度极差纳微米数量级的极其微小的水化硅酸钙纳微米数量级的极其微小的水化硅酸钙在在X－射线衍射谱图上表现出不完整的特征衍射峰－射线衍射谱图上表现出不完整的特征衍射峰Ø有各种形貌有各种形貌水　泥　工　艺水　泥　工　艺 u氢氧化钙氢氧化钙Ø固定化学组成固定化学组成Ø结晶好，也有少量以隐晶质或无定形的状态结晶好，也有少量以隐晶质或无定形的状态存在存在Ø长于水泥石孔隙之中，多为六方板状长于水泥石孔隙之中，多为六方板状水　泥　工　艺水　泥　工　艺 u钙矾石与单硫形水化硫铝酸钙钙矾石与单硫形水化硫铝酸钙Ø两者一般都为晶体，钙矾石外形呈柱状结构，单硫两者一般都为晶体，钙矾石外形呈柱状结构，单硫形水化硫铝酸钙外形多呈层状结构形水化硫铝酸钙外形多呈层状结构Ø钙矾石和单硫形水化硫铝酸钙分子中的钙矾石和单硫形水化硫铝酸钙分子中的SOSO4 42-2-均可以均可以被被COCO3 32-2-，，ClCl- -，，OHOH- -等离子所置换，等离子所置换，AlAl可以被可以被FeFe所置所置换。

从而形成一系列固溶体，分别称之为换从而形成一系列固溶体，分别称之为AFtAFt和和AFmAFm水　泥　工　艺水　泥　工　艺 6.2.6.2.３　硅酸盐水泥水化硬化过程３　硅酸盐水泥水化硬化过程u钙矾石形成期钙矾石形成期C C3 3A A率率先先水水化化，，在在石石膏膏存存在在的的条条件件下下迅迅速速形形成成钙钙矾矾石放热曲线上出现第一放热峰石放热曲线上出现第一放热峰uC3SC3S水化期水化期 C C3 3S S开始迅速水化大量放热，形成第二放热峰开始迅速水化大量放热，形成第二放热峰（C2S和铁相也参与上述两个阶段反应，但放热较小u结构形成和发展期结构形成和发展期各种水化产物填入原先由水所占据的空间，再逐各种水化产物填入原先由水所占据的空间，再逐渐连接，相互交织发展成硬化的水泥浆体渐连接，相互交织发展成硬化的水泥浆体水　泥　工　艺水　泥　工　艺 硅酸盐水泥水化放热曲线硅酸盐水泥水化放热曲线水　泥　工　艺水　泥　工　艺 水泥硬化体的结构水泥硬化体的结构 水化产物水化产物—C-S-H—C-S-H、、CHCH、、AftAft、、AFmAFm多孔石状体多孔石状体 未水化产物未水化产物 孔孔——粗孔、毛细孔、凝胶孔粗孔、毛细孔、凝胶孔水　泥　工　艺水　泥　工　艺 水泥硬化体内水化产物大致比例水泥硬化体内水化产物大致比例水泥硬化体水泥硬化体C-S-H凝胶（凝胶（～～70%））Ca(OH)2（（～～20%））AFt, AFm（（～～10%））C3SC2SC3AC4AF石膏石膏无水熟料无水熟料水　泥　工　艺水　泥　工　艺 。