硅酸盐水泥的水化和硬化课件.ppt

1、水化水化:水泥熟料矿物的水合反应水泥熟料矿物的水合反应 凝结凝结：水泥加水拌和后，成为可塑的浆体，：水泥加水拌和后，成为可塑的浆体，逐渐变稠，失去塑性，但尚不具有强度的过逐渐变稠，失去塑性，但尚不具有强度的过程。程。 硬化硬化：随后产生明显的强度，并逐渐发展而：随后产生明显的强度，并逐渐发展而成为坚硬的人造石。成为坚硬的人造石。9 硅酸盐水泥的水化和硬化一、熟料单矿物的水化一、熟料单矿物的水化 C3S在水泥熟料中的含量约占在水泥熟料中的含量约占50%，有时高达，有时高达60%，因此，因此，它的水化作用、水化产物及其形成的结构，对硬化水泥它的水化作用、水化产物及其形成的结构，对硬化水泥浆体的性能

2、有很重要的影响。浆体的性能有很重要的影响。C3S的水化产物为的水化产物为C-S-H和和Ca2(OH)CHxCxSHynHSC)3(3水化反应水化反应C3S的水化的水化:CxSHy：水化硅酸钙，不同条件下水化硅酸钙，不同条件下，x、y不同。不同。水化产物组成不固定，水化产物组成不固定，C/S在较大范围内变动。在较大范围内变动。当当C/S在在0.8-1.5变动时，生成的变动时，生成的C-S-H凝胶称为（凝胶称为（）型；）型；当当C/S在在1.5-2.0变动时，生成的变动时，生成的C-S-H凝胶称为（凝胶称为（）型。）型。CHHSCOHSC36232323完全水化时：完全水化时： C-S-H凝胶的组

3、成与它所处凝胶的组成与它所处的溶液中的的溶液中的CaO浓度有关，浓度有关，C-S-H在一定的碱度下才能存在一定的碱度下才能存在在,如如2- 2-3图所示：图所示： 下表是对上图的总结下表是对上图的总结:CaOCaO浓度浓度 g/lg/l0.06-0.110.06-0.110.11-1.120.11-1.121.121.12CaOCaO摩尔浓度摩尔浓度 mol/lmol/l1-21-22-202-202020C/SC/S1350C时，时，C3A会直接会直接生成生成C3AH6： 6336AHCHACC3A的水化产物的水化产物 C3AH6的空间构造能力差，使得强度下降；的空间构造能力差，使得强度下降

4、；C4AH19和C2AH8转化转化为为C3AH6, 析水过程使孔隙大大增加。析水过程使孔隙大大增加。因此不希望上述反应发生。因此不希望上述反应发生。 在硅酸盐水泥浆体的碱性液相中在硅酸盐水泥浆体的碱性液相中，CaO浓度往往达浓度往往达到饱和或过饱和，因此可能产生较多的到饱和或过饱和，因此可能产生较多的六方片状六方片状C4AH13，足以阻碍粒子的相对移动，这就是使浆体产生瞬间凝结足以阻碍粒子的相对移动，这就是使浆体产生瞬间凝结的一个主要原因。的一个主要原因。 在有石膏的情况下，在有石膏的情况下，C3A水化的最终产物与石膏掺水化的最终产物与石膏掺入量有关。其最初的基本反应是入量有关。其最初的基本反

5、应是：323233263HSCACHHSCAC所形成的三硫型水化硫铝酸钙，称为钙矾石。其中的铝可被所形成的三硫型水化硫铝酸钙，称为钙矾石。其中的铝可被铁置换而成为含铝、铁的三硫型水化硫铝酸盐相。故常用铁置换而成为含铝、铁的三硫型水化硫铝酸盐相。故常用Aft 表示。表示。若若SO3在C3A完全水化前耗尽，则钙矾石与完全水化前耗尽，则钙矾石与C3A作用转化为单作用转化为单硫型水化硫铝酸钙（硫型水化硫铝酸钙（Afm）)( 34231233323HSCACHACHSCAC若石膏极少，在所有钙矾石转变成单硫型水化硫铝酸钙后，若石膏极少，在所有钙矾石转变成单硫型水化硫铝酸钙后，还有还有C3A，那就形成，那

6、就形成123HSCAC和和C4AH13的固溶体。的固溶体。石膏的存在延缓了石膏的存在延缓了C3A的水化的水化（四）铁相固溶体（四）铁相固溶体（C4AF）的水化）的水化 水化速率水化速率比比C3A低。其水化产物低。其水化产物与与C3A很相似。相当于很相似。相当于C3A中一部分氧化铝被氧化铁所置换，生成水化铝酸钙和水化铁酸中一部分氧化铝被氧化铁所置换，生成水化铝酸钙和水化铁酸钙的固溶体。钙的固溶体。1344),(2224HFACHCHAFC在在20以上，六方片状的以上，六方片状的C4(A，F)H13要转变成要转变成C3(A，F)H6。当温度高于当温度高于30时，时，C4AF直接水化生成直接水化生成

7、C3(A，F)H6。掺有石膏时的反应也与掺有石膏时的反应也与C3A大致相同大致相同。 C4AF的水化放热曲线与的水化放热曲线与C3A的也很相似，但早期水化受石膏的也很相似，但早期水化受石膏的延缓更为明显；在氢氧化钙饱和溶液中，石膏能使其放热速率变得的延缓更为明显；在氢氧化钙饱和溶液中，石膏能使其放热速率变得极为缓慢。如下图所示。极为缓慢。如下图所示。二、硅酸盐水泥的水化二、硅酸盐水泥的水化 硅酸盐水泥的水化过程硅酸盐水泥的水化过程硅酸盐水泥的水化放热曲线如图硅酸盐水泥的水化放热曲线如图2-2-6所示。所示。水泥的水化过程简单地划分为三个阶段：水泥的水化过程简单地划分为三个阶段：1、钙矾石形成期

8、；、钙矾石形成期；2、C3S水化期；水化期；3、结构形成和发展期。、结构形成和发展期。三、水化速率：三、水化速率：水化程度水化程度:是指一定时间内已水化的水泥量与完全是指一定时间内已水化的水泥量与完全水化量的比值。水化量的比值。（一）水化速率：单位时间内水泥的水化程度或水化深度。（一）水化速率：单位时间内水泥的水化程度或水化深度。d粒径粒径)11 (23dh水化深度水化深度（二）水化速度的影响因素（二）水化速度的影响因素1、矿物矿物 C3AC3S，C4AFC2S2、水灰比、水灰比水灰比大，水化速度也大。水灰比大，水化速度也大。3、细度、细度颗粒越细，水化加快。颗粒越细，水化加快。4、外加剂影响

9、、外加剂影响5、养护条件、养护条件温度对温度对C3S水化速率的影响水化速率的影响温度对水泥水化速率的影响温度对水泥水化速率的影响(对早期影响较大对早期影响较大)钙矾石在常温和一般湿度条件下的脱水曲线钙矾石在常温和一般湿度条件下的脱水曲线四、水泥的凝结、硬化过程四、水泥的凝结、硬化过程1882年，雷霞特利提出的结晶理论；年，雷霞特利提出的结晶理论；1892年，米哈艾利斯又提出了胶体理论；年，米哈艾利斯又提出了胶体理论；拜依柯夫将上述两理论加以发展，把水泥的硬化为三个时期：拜依柯夫将上述两理论加以发展，把水泥的硬化为三个时期： 第一，溶解期；第二，胶化期；第三，结晶期第一，溶解期；第二，胶化期；第

10、三，结晶期列宾捷尔提出凝聚列宾捷尔提出凝聚-结晶三维网状结构理论；结晶三维网状结构理论；鲍格提出是巨大表面能的作用引起互相粘结；鲍格提出是巨大表面能的作用引起互相粘结；洛赫尔提出的三阶段论洛赫尔提出的三阶段论:第一阶段：大约在水泥水化起到初凝为止；第一阶段：大约在水泥水化起到初凝为止；第二阶段：大约从初凝起至第二阶段：大约从初凝起至24小时为止；小时为止；第三阶段：是指第三阶段：是指24小时以后，直到水化结束。小时以后，直到水化结束。从水化产物形成及其发展的角度，硬化过程可分三个阶段：从水化产物形成及其发展的角度，硬化过程可分三个阶段：五、硬化水泥浆体的组成和结构五、硬化水泥浆体的组成和结构硬

11、化水泥浆体：是一非均质的多相体系，由各种水化产硬化水泥浆体：是一非均质的多相体系，由各种水化产物和残存熟料所构成的固相以及存在于孔隙中的水和空物和残存熟料所构成的固相以及存在于孔隙中的水和空气所组成，所以是固气所组成，所以是固-液液-气三相多孔体。它本身有气三相多孔体。它本身有 一定一定的机械强度和孔隙率，而外观和其他性能又与天然石材的机械强度和孔隙率，而外观和其他性能又与天然石材相似，因此通常又称之为水泥石。相似，因此通常又称之为水泥石。（一）（一）CSH凝胶凝胶A、组成：不固定，随钙硅比和水硅比变化、组成：不固定，随钙硅比和水硅比变化B、结构：微晶，尺寸接近于胶体范畴、结构：微晶，尺寸接近

12、于胶体范畴C、形貌（四种）、形貌（四种）第一种：纤维状粒子第一种：纤维状粒子第二种：网络状粒子第二种：网络状粒子第三种：等大粒子第三种：等大粒子第四种：内部产物第四种：内部产物（二）氢氧化钙（二）氢氧化钙具有固定的化学组成，纯度较高，结晶良好，属三方晶系具有固定的化学组成，纯度较高，结晶良好，属三方晶系（三）钙矾石（三）钙矾石结晶完好，属三方晶系。结晶完好，属三方晶系。其结构由其结构由Al(OH)6八面体再在八面体再在周围各结合三个钙多面体组周围各结合三个钙多面体组合而成，如右图所示。每一合而成，如右图所示。每一个钙多面体上配以个钙多面体上配以OH-及水及水分子各四个。柱间的沟槽中分子各四个。

13、柱间的沟槽中则有起电价平衡作用的则有起电价平衡作用的SO42-三个，从而将相邻的三个，从而将相邻的单元柱相互联接成整体，另单元柱相互联接成整体，另外还有一个水分子存在。外还有一个水分子存在。钙矾石形貌钙矾石形貌比较比较 C-S-H 纤维状粒子纤维状粒子（四）单硫型水化硫铝酸钙（四）单硫型水化硫铝酸钙（五）孔结构和内表面积（五）孔结构和内表面积由于水化产物特别是由于水化产物特别是C-S-H凝胶的凝胶的高度分散性，其中又包含有数量众高度分散性，其中又包含有数量众多的凝胶孔，所以硬化水泥浆体就多的凝胶孔，所以硬化水泥浆体就具有极大的内表面积，从而构成了具有极大的内表面积，从而构成了对物理力学性质有重

14、大影响的另一对物理力学性质有重大影响的另一结构特征。结构特征。内表面积常采用水蒸气吸附法进内表面积常采用水蒸气吸附法进行测定。行测定。（六）水及其存在方式（六）水及其存在方式结晶水：又称结合水，以结晶水：又称结合水，以OH-离子状态存在；离子状态存在；吸附水：以中性水分子的形式存在，但并不参与组成水吸附水：以中性水分子的形式存在，但并不参与组成水 化物的晶体结构，而是在吸附效应或毛细管力化物的晶体结构，而是在吸附效应或毛细管力 的作用下机械地吸附于固相粒子表面或孔隙之的作用下机械地吸附于固相粒子表面或孔隙之 中。中。自由水：又称游离水，存在于粗大孔隙内，与一般水的自由水：又称游离水，存在于粗大孔隙内，与一般水的 性质相同。性质相同。也可分为蒸发水与非蒸发水也可分为蒸发水与非蒸发水