水泥水化及硬化机理-ppt课件.ppt
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1、 第八章第八章 硅酸盐水泥的水化与硬化硅酸盐水泥的水化与硬化1PPT课件补充:补充: 熟料矿物水化的原因熟料矿物水化的原因熟料矿物结构不稳定熟料矿物结构不稳定。 造成熟料矿物结构不稳定的原因是:造成熟料矿物结构不稳定的原因是: 熟料烧成后快速冷却,使其保留了介稳状态的高温型晶熟料烧成后快速冷却,使其保留了介稳状态的高温型晶体结构;体结构; 熟料中的矿物不是纯的熟料中的矿物不是纯的C C3 3S S和和C C2 2S S ,而是,而是Alite 和和Belite等有等有限固溶体;限固溶体; 微量元素的掺杂使晶格排列的规律性受到某种程度的影响。微量元素的掺杂使晶格排列的规律性受到某种程度的影响。熟
2、料矿物中钙离子的氧离子配位不规则。熟料矿物中钙离子的氧离子配位不规则。2PPT课件水泥的水化、凝结、硬化水泥的水化、凝结、硬化 水化水化物质由无水状态变为有水状态,由低含水变物质由无水状态变为有水状态,由低含水变为高含水,统称为水化。为高含水,统称为水化。 凝结凝结水泥加水拌和初期形成具有可塑性的浆体,水泥加水拌和初期形成具有可塑性的浆体,然后逐渐变稠并失去可塑性的过程称为凝结。然后逐渐变稠并失去可塑性的过程称为凝结。 硬化硬化此后,浆体的强度逐渐提高并变成坚硬的石此后,浆体的强度逐渐提高并变成坚硬的石状固体(水泥石),这一过程称为硬化。状固体(水泥石),这一过程称为硬化。 3PPT课件7.1
3、 7.1 熟料矿物的水化熟料矿物的水化 一一.C.C3 3S S的水化的水化1 1、常温下的、常温下的水化反应水化反应 3CaO.SiO2+nH2O=xCaO.SiO2.yH2O+(3-x)Ca(OH)2 简写为:简写为:C3S + nH = C-S-H + (3-x)CH 水化产物:水化产物:水化硅酸钙水化硅酸钙(也称(也称C-S-HC-S-H凝胶)和凝胶)和氢氧化钙氢氧化钙。4PPT课件 水化产物水化产物C-S-HC-S-H的组成是不定的,其的组成是不定的,其CaO/SiO2 比比与所处的溶液的与所处的溶液的Ca(OH)2浓度有关:浓度有关:CaO1 m mol/l , Ca(OH)2 硅
4、酸凝胶硅酸凝胶CaO1-2 m mol/l , C-S-H C-S-H 硅酸凝胶硅酸凝胶CaO2-20 m mol/l , C/S比为(比为(0.8-1.5)C-S-HC-S-H , 称为称为C-S-HC-S-H() CaO达饱和达饱和20 m mol/l , C/S比为(比为(1.5-2.0)C-S-HC-S-H ,称为称为C-S-HC-S-H()5PPT课件2 2 . .C C3 3S S水化过程水化过程 :诱导前期(时间:诱导前期(时间:1515分钟分钟 ) 反应:激烈反应:激烈第一个放热峰,钙离子浓度迅速提高第一个放热峰,钙离子浓度迅速提高 浆体状态:是具有流动性(浆体状态:是具有流动
5、性(Ca(OH)2没有饱和)没有饱和) :诱导期又称静止期:诱导期又称静止期(时间:(时间:24小时小时 ) 反应:极慢反应:极慢放热底谷:钙离子浓度增高慢放热底谷:钙离子浓度增高慢 浆体状态:浆体状态:Ca(OH)Ca(OH)2达饱和:此间:具有流动性达饱和:此间:具有流动性 ,结束:失去流动性,达初凝,结束:失去流动性,达初凝 :加速期:加速期(时间:(时间:48小时)小时) 反应:又加快反应:又加快第二放热高峰第二放热高峰 浆体状态:浆体状态: Ca(OH)Ca(OH)2过饱和最高:生成过饱和最高:生成Ca(OH)Ca(OH)2 、填充空隙、填充空隙、 中期:失去可塑性、中期:失去可塑性
6、、 达终凝,后期:开始硬化达终凝,后期:开始硬化 :减速期(时间:减速期(时间:1224小时小时 ) 反应:随时间的增长而下降反应:随时间的增长而下降 原因:原因: 在在C3S表面包裹产物表面包裹产物阻碍水化。阻碍水化。 :稳定期稳定期 反应:很慢反应:很慢基本稳定(只到水化结束)基本稳定(只到水化结束) 原因:产物层厚:水很少原因:产物层厚:水很少产物扩散产物扩散困难。困难。6PPT课件诱导期的本质诱导期的本质 保护膜理论保护膜理论 晶核形成延缓理论晶核形成延缓理论 晶格缺陷的类别和数量是决定诱导期长晶格缺陷的类别和数量是决定诱导期长短的主要因素短的主要因素7PPT课件二二. .C2S水化水
7、化 C2S的水化过程与的水化过程与C3S相似,也有静止期,加相似,也有静止期,加速期等速期等 ,但水化速率很慢约为,但水化速率很慢约为 C3S的的1/20 水化反应:水化反应: C2S + mH C-S-H + (2-X)CH 水化产物:水化产物: 生成生成C-S-H和和Ca(OH)Ca(OH)28PPT课件三三.C3A水化:水化: 水化迅速,其水化产物的组成与结构受溶液中水化迅速,其水化产物的组成与结构受溶液中CaO、Al2O3 离子浓度和温度的影响很大。离子浓度和温度的影响很大。1、 C3A单独水化单独水化 常温:常温: C3A + 27H C4AH19+C2AH8 相对湿度相对湿度85时
8、时 C4AH19 C4AH13 + 6H C4AH13 + C2AH8 C3AH6+9H2O T35: C3A+ 6H2O C3AH6特点:水化速度快特点:水化速度快水化热多水化热多T升高升高反应速度极反应速度极快快急凝急凝很快失去流动性很快失去流动性9PPT课件2.C2.C3 3A A在液相在液相CaOCaO浓度达饱和时浓度达饱和时 C3A + CH + 12H C4AH13 瞬凝原因:瞬凝原因:水泥颗粒表面形成大量水泥颗粒表面形成大量C4AH13 ,其数量迅速增多,足以阻碍粒子的相对运动。其数量迅速增多,足以阻碍粒子的相对运动。10PPT课件3.3.在石膏存在条件下的水化在石膏存在条件下的
9、水化石膏(充足)、石膏(充足)、CaOCaO同时存在时同时存在时 C3A+CH+12HC4AH13 C4AH13+3CSH2+14H C3A3CSH32 + CH (三硫型水化硫铝酸钙(三硫型水化硫铝酸钙AftAft,又称钙矾石),又称钙矾石) C C3 3A A未完全水化而石膏已经耗尽时未完全水化而石膏已经耗尽时 2C 2C4 4AHAH1313+ + C3A3CSH32 3 3 C C3 3A ACSCSH H1212 + CH + 20 H+ CH + 20 H ( (单硫型水化硫铝酸钙单硫型水化硫铝酸钙Afm)Afm)石膏掺量极少,所有的石膏掺量极少,所有的AftAft都转化为都转化为
10、AfmAfm还有还有C C3 3A A剩余剩余 C C3 3A ACSCSH H12 12 + + C3A+CH+12H 2C C3 3A A(CS CHCH)H H121211PPT课件四四. .铁相固溶体的水化铁相固溶体的水化 比比C C3 3A A水化慢,单独水化,也不会急凝,其水化水化慢,单独水化,也不会急凝,其水化反应和产物与反应和产物与C C3 3A A相似。相似。1. 无石膏时,在无石膏时,在Ca(OH)Ca(OH)2环境水化环境水化 常温:常温:C4AF + 4CH + 22 H 2C4(AF)H13 T50 :C4AF + 6H C3(A F)H6 2. 有石膏存在时有石膏存
11、在时 C4AF + 2CH + 6CSH2 + 50 H 2 C3(AF)3CSH323. 石膏不足时石膏不足时 2C4 (AF) H13 + C3(AF)3CSH32 3C3(AF)CSH12 +2CH + 20 H 12PPT课件7.2 7.2 硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥的水化一一. .水化反应体系的特点水化反应体系的特点 水泥的水化基本上是在水泥的水化基本上是在Ca(OH)Ca(OH)2 2 和石膏的饱和溶液和石膏的饱和溶液或过饱和溶液中进行的,并且还会有或过饱和溶液中进行的,并且还会有K K+ +、NaNa+ +等离子。等离子。 熟料首先在此种溶液中解体,分散,悬浮在液相中,熟料首先在
12、此种溶液中解体,分散,悬浮在液相中,各单体矿物进行水化,水化产物彼此间又化合,之各单体矿物进行水化,水化产物彼此间又化合,之后水化产物凝结、硬化,发挥强度,因此后水化产物凝结、硬化,发挥强度,因此 ,水化过,水化过程实际上就是熟料解体程实际上就是熟料解体水化水化水化产物凝水化产物凝聚聚水泥石。开始是解体、水化占主导作用,以水泥石。开始是解体、水化占主导作用,以后是凝聚占主导作用。后是凝聚占主导作用。13PPT课件二二. .水化反应及水化产物水化反应及水化产物1.1.水化反应简图如下:水化反应简图如下:14PPT课件 综上所述,水泥的水化反应过程如下:综上所述,水泥的水化反应过程如下: 水泥加水
13、后,水泥加水后, C C3 3S S 、C C3 3A A 、C C4 4AFAF均很快水化,均很快水化,同时石膏迅速溶解,形成同时石膏迅速溶解,形成 Ca(OH)Ca(OH)2 2与与 CaSOCaSO4 4 的饱和的饱和溶液,水化产物首先出现六方板状的溶液,水化产物首先出现六方板状的Ca(OH)Ca(OH)2 2 与针与针状的状的AFtAFt相以及无定形的相以及无定形的C-S-HC-S-H。之后,由于不断生。之后,由于不断生成成AFtAFt相,相,SOSO4 42- 2- 不断减少,继而形成不断减少,继而形成AFmAFm相及相及C-A-HC-A-H晶体和晶体和C4C4(AFAF)HH13晶
14、体。晶体。 15PPT课件2.2.水化产物水化产物 常温下的主要水化产物:常温下的主要水化产物: 常压蒸汽养护(常压蒸汽养护(100)时的水化产物:)时的水化产物:水化硅酸钙水化硅酸钙Ca(OH)2水化硫铝(铁)酸钙固溶体:水化硫铝(铁)酸钙固溶体:水化铝(铁)酸钙及其固溶体:水化铝(铁)酸钙及其固溶体:一般生成物一般生成物C4(AF)H13最终生成物最终生成物C3AH6 -C3FH6固溶体,溶解度小,抗硫固溶体,溶解度小,抗硫酸盐能力强酸盐能力强三硫型的针状三硫型的针状单硫型的六方片状:最终单硫型的六方片状:最终C-S-H()C4A C4F 不稳定,易转变为不稳定,易转变为C3AH6 、C3
15、(AF)H6 AFt相分解为相分解为Afm相和相和CaSO4 16PPT课件三三. .水泥水化过程水泥水化过程钙矾石形成期:钙矾石形成期:C3A率先水化率先水化第一放第一放热峰热峰 C3S水化期:水化期: C3S水化水化第二放热峰第二放热峰结构形成和发展期结构形成和发展期: : 17PPT课件7.3 7.3 水化速率水化速率一一. .水化速率的表示方法水化速率的表示方法 水化速率的意义:水化速率的意义:水化速率影响水化速率影响水泥强度的发挥水泥强度的发挥和和安定性安定性 表示方法:表示方法: 水化速率:水化速率:单位时间内的水化程度或水化深度单位时间内的水化程度或水化深度 水化程度:水化程度:
16、在一定的时间内水泥发生水化作用的量在一定的时间内水泥发生水化作用的量和完全水化量的比值,以百分率表示。和完全水化量的比值,以百分率表示。 水化深度:水化深度:水泥颗粒已水化层的厚度,以微米表示。水泥颗粒已水化层的厚度,以微米表示。 18PPT课件3(11)2mdha测定方法:测定方法:直接法直接法: :定量地测定定量地测定已水化和未水化部分的已水化和未水化部分的数量。如岩相分析、数量。如岩相分析、x射线分析、热分析等射线分析、热分析等间接法:间接法:测定结合水、水化热或测定结合水、水化热或Ca(OH)2 生成量等方法。生成量等方法。水化深度水化深度h与水化程度与水化程度a的关系:的关系:19P
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