水泥硅酸盐水泥熟料矿物的组成、结构及其与胶凝性能的关系ppt课件

1、第三节第三节 硅酸盐水泥熟料矿物的组成、构造及其硅酸盐水泥熟料矿物的组成、构造及其与胶凝性能的关系与胶凝性能的关系.一、硅酸盐水泥熟料矿物组成计算一、硅酸盐水泥熟料矿物组成计算 二、硅酸盐水泥熟料矿物的构造二、硅酸盐水泥熟料矿物的构造 三、水泥熟料矿物具有胶凝才干的本质与条件三、水泥熟料矿物具有胶凝才干的本质与条件 .一、硅酸盐水泥熟料矿物组成计算一、硅酸盐水泥熟料矿物组成计算 二、硅酸盐水泥熟料矿物的构造二、硅酸盐水泥熟料矿物的构造 三、水泥熟料矿物具有胶凝才干的本质与条件三、水泥熟料矿物具有胶凝才干的本质与条件 .(一一)、硅酸盐水泥熟料中各氧化物的作用、硅酸盐水泥熟料中各氧化物的作用 (

2、1)氧化钙氧化钙水泥熟料主要成分，与酸性氧化物结合生水泥熟料主要成分，与酸性氧化物结合生成成C3S、C2S 、C3A、C4AF等熟料矿物。等熟料矿物。C3S由由CaO和和C2S构成，构成，CaO含量直接影响含量直接影响C3S含量。含量。CaO含量少，含量少，C3S少，少，CaO过多，过多，其中一部分以游离氧化钙存在，安定性不其中一部分以游离氧化钙存在，安定性不良，含量控制良，含量控制62-68%.(一一)、 硅酸盐水泥熟料中各氧化物的作用硅酸盐水泥熟料中各氧化物的作用 (2)二氧化硅二氧化硅水泥熟料矿物主要成分之一，其含量决议水泥熟料水泥熟料矿物主要成分之一，其含量决议水泥熟料中硅酸钙矿物数量

3、中硅酸钙矿物数量.CaO含量一定，含量一定，SiO2含量影响含量影响C3S与与C2S相对含量，相对含量，较高含量较高含量SiO2使使C3S生成量较少，含量控制生成量较少，含量控制20-24%。.(一一)、 硅酸盐水泥熟料中各氧化物的作用硅酸盐水泥熟料中各氧化物的作用 (3)氧化铝与氧化铁氧化铝与氧化铁与与CaO作用生成作用生成C3A和和C4AF。留意：留意：CaO-Al2O3-Fe2O3体系反响过程中，首先是体系反响过程中，首先是CaO与与Al2O3生成生成C3A,随后随后C3A与与Fe2O3反响生成反响生成C4AF，只需当，只需当Fe2O3与之作用终了，与之作用终了，才有才有C3A矿物存在。

4、矿物存在。思索熟料矿物组成时，既要使思索熟料矿物组成时，既要使Al2O3与与Fe2O3总量适当，又要使比例恰总量适当，又要使比例恰当，才干使水泥熟料中生成适当的当，才干使水泥熟料中生成适当的C3A和和C4AF矿物。矿物。.一、一、 硅酸盐水泥熟料中各氧化物的作用硅酸盐水泥熟料中各氧化物的作用 (4) 氧化镁氧化镁含量不大时，以掺杂物的形状存在于其他水泥熟含量不大时，以掺杂物的形状存在于其他水泥熟料矿物和玻璃相中，此时对水泥安定性没有不良料矿物和玻璃相中，此时对水泥安定性没有不良影响。影响。超越一定含量，以方镁石含量存在，引起水泥安超越一定含量，以方镁石含量存在，引起水泥安定性不良。定性不良。(

5、不超越不超越5%).二、硅酸盐水泥熟料的率值二、硅酸盐水泥熟料的率值 1 1、硅率、硅率物理意义：物理意义： 水泥熟料矿物中硅酸盐矿物与溶剂矿物水泥熟料矿物中硅酸盐矿物与溶剂矿物C3A+C4AF之间的数之间的数量对比关系。当铝率大于量对比关系。当铝率大于0.64时，硅率与矿物组成之间的数学式为：时，硅率与矿物组成之间的数学式为：.二二 、硅酸盐水泥熟料的率值、硅酸盐水泥熟料的率值 1、硅率、硅率 SM越大，硅酸盐矿物含量越高，溶剂矿物越少，在煅烧越大，硅酸盐矿物含量越高，溶剂矿物越少，在煅烧过程中出现液相越小，所需烧成温度越高；过程中出现液相越小，所需烧成温度越高；SM越小，硅酸盐矿物太少而影

6、响水泥强度，且由于液相过多，越小，硅酸盐矿物太少而影响水泥强度，且由于液相过多，易出现结大块、结圈等而影响窑的操作。易出现结大块、结圈等而影响窑的操作。SM最正确值：最正确值：1.72.7。留意：白色硅酸盐水泥熟料留意：白色硅酸盐水泥熟料SM高达高达4.0左右左右.二二 、硅酸盐水泥熟料的率、硅酸盐水泥熟料的率值值 2、铝率、铝率IM物理意义：物理意义： 水泥熟料矿物中氧化铝与氧化铁的质量比。假设水泥熟料矿物中氧化铝与氧化铁的质量比。假设Al2O3与与Fe2O3的总含量曾经确定，铝率表示的总含量曾经确定，铝率表示C3A与与C4AF的相对含量。的相对含量。.二、硅酸盐水泥熟料的率值二、硅酸盐水泥

7、熟料的率值 2、铝率、铝率当当Al2O3与与Fe2O3的摩尔比大于的摩尔比大于1(质量比大于质量比大于0.64)时，在水泥熟时，在水泥熟料中才干构成料中才干构成C4AF又构成又构成C3A，此时，铝率与矿物组成的关系，此时，铝率与矿物组成的关系式：式：I+0.64IM.二二 、硅酸盐水泥熟料的率值、硅酸盐水泥熟料的率值 2、铝率、铝率IM0.64, Al2O3含量无多余，不能够构成含量无多余，不能够构成C3A，Fe2O3与全部与全部Al2O3一同结合生成一同结合生成C4AF，多余的，多余的Fe2O3与与CaO生成生成C2F。I+0.64 铝率越高，熟料中的铝率越高，熟料中的C3A越多，但越多，但

8、C4AF较少，那么液相较少，那么液相粘度大，物料难烧；铝率过低，虽然液相粘度较小，有利于粘度大，物料难烧；铝率过低，虽然液相粘度较小，有利于C3S烧成，但烧成范围变窄，易结大块，不利于窑的操作。烧成，但烧成范围变窄，易结大块，不利于窑的操作。硅酸盐水泥：硅酸盐水泥：0.81.7。留意：抗硫酸盐水泥或低热水泥的铝。留意：抗硫酸盐水泥或低热水泥的铝率低至率低至0.7.二二 、硅酸盐水泥熟料的率值、硅酸盐水泥熟料的率值 3、石灰饱和系数、石灰饱和系数(KH)酸性氧化物构成碱性最高的矿物为酸性氧化物构成碱性最高的矿物为C3S、C3A、C4AF，据此，据此提出石灰实际极限含量。为便于计算，提出石灰实际极

9、限含量。为便于计算，C4AF改写为改写为C3A与与CF。硅酸盐水泥熟料有硅酸盐水泥熟料有C3S、C2S、C3A、C4AF组成，控制组成，控制CaO含含量是决议水泥质量关键。量是决议水泥质量关键。.二二 、硅酸盐水泥熟料的率值、硅酸盐水泥熟料的率值 3、石灰饱和系数、石灰饱和系数(KH)石灰实际极限用量：CaO=2.8SiO2+1.65Al2O3+0.35Fe2O3每1%SiO2构成C3S所需石灰量每1%Al2O3构成C3A所需石灰量每1%Fe2O3构成CF所需石灰量.二二 、硅酸盐水泥熟料的率值、硅酸盐水泥熟料的率值 3、石灰饱和系数、石灰饱和系数(KH)石灰用量：CaO=KH*2.8SiO2

10、+1.65Al2O3+0.35 Fe2O3硅酸盐水泥熟料四种矿物中，Al2O3和Fe2O3一直被CaO饱和SiO2能够不完全被CaO饱和生成C3S，存在一部分C2S，否那么熟料中出现游离氧化钙，影响水泥质量引入石灰饱和系数KH概念.二二 、硅酸盐水泥熟料的率值、硅酸盐水泥熟料的率值 3、石灰饱和系数、石灰饱和系数(KH)物理意义：熟料中全部SiO2生成C3S和C2S所需的CaO含量与全部SiO2生成C3S所需CaO最大含量的比值熟料中SiO2被CaO饱和构成C3S的程度KH控制范围：控制范围：0.820.94.一、硅酸盐水泥熟料矿物组成计算一、硅酸盐水泥熟料矿物组成计算 二、硅酸盐水泥熟料矿物

11、的构造二、硅酸盐水泥熟料矿物的构造 三、水泥熟料矿物具有胶凝才干的本质与条件三、水泥熟料矿物具有胶凝才干的本质与条件 .水泥熟料矿物组成：水泥熟料矿物组成： C3S、C2S、C3A、C4AF、玻璃体、玻璃体、f-CaO、f-MgO。二、硅酸盐水泥熟料矿物的构造二、硅酸盐水泥熟料矿物的构造 .二、硅酸盐水泥熟料矿物的构造二、硅酸盐水泥熟料矿物的构造 C3S是硅酸盐水泥的主要矿物，其含量通常在是硅酸盐水泥的主要矿物，其含量通常在50%左右。左右。C3S在在1250以上是稳定的，假设在此稳定下缓慢冷却时会以上是稳定的，假设在此稳定下缓慢冷却时会分解。分解。C3S按上式分解速率，随温度的降低迅速减弱，

12、在急冷的条按上式分解速率，随温度的降低迅速减弱，在急冷的条件下，分解速率小到可以忽略。件下，分解速率小到可以忽略。在常温下坚持介稳形状，从热力学观念看，是不稳定的。在常温下坚持介稳形状，从热力学观念看，是不稳定的。.二、硅酸盐水泥熟料矿物的构造二、硅酸盐水泥熟料矿物的构造 在水泥熟料中普通含有在水泥熟料中普通含有MgO、Al2O3以及其他少量氧化物，以及其他少量氧化物，它们能进入它们能进入C3S的晶格并构成固熔体，因此水泥中的的晶格并构成固熔体，因此水泥中的C3S普普通不是以纯的通不是以纯的C3S方式存在的，而是含有方式存在的，而是含有MgO、Al2O3的固的固熔体。熔体。Alite阿利特或简

13、称阿利特或简称A矿。矿。.二、硅酸盐水泥熟料矿物的构造二、硅酸盐水泥熟料矿物的构造 SiO44-四面体向一个方向陈列，联络它们的四面体向一个方向陈列，联络它们的Ca2+的配位数的配位数为为6，少于正常的，少于正常的812，配位数低，因此不稳定；，配位数低，因此不稳定； CaO610-八面体中八面体中O的分布也不规那么，的分布也不规那么，5个个O集中在一边，集中在一边，另一边只需一个另一边只需一个O，因此在构造中存在较大孔穴。，因此在构造中存在较大孔穴。.二、硅酸盐水泥熟料矿物的构造二、硅酸盐水泥熟料矿物的构造 1C3S是在常温下存在的介稳的高温型矿物，因此其构造是是在常温下存在的介稳的高温型矿

14、物，因此其构造是热力学不稳定的。热力学不稳定的。2在硅酸三钙构造中，进入了在硅酸三钙构造中，进入了Al3+与与Mg2+离子并构成固熔离子并构成固熔体，固熔程度越高，活性越大。体，固熔程度越高，活性越大。3在硅酸三钙构造中，钙离子的配位数为在硅酸三钙构造中，钙离子的配位数为6，比正常的配位，比正常的配位数低，并且处于不规那么形状，因此使钙离子具有较高的活性。数低，并且处于不规那么形状，因此使钙离子具有较高的活性。.二、硅酸盐水泥熟料矿物的构造二、硅酸盐水泥熟料矿物的构造 C2S含量普通为含量普通为 20%左右，在水泥熟料烧成过程中构成的硅酸左右，在水泥熟料烧成过程中构成的硅酸二钙，经常含有少量的

15、杂质，如二钙，经常含有少量的杂质，如FeO、TiO2等等Belite贝利贝利特或特或B矿。矿。.二、硅酸盐水泥熟料矿物的构造二、硅酸盐水泥熟料矿物的构造 当温度降低到当温度降低到500后，后，-C2S转变为转变为-C2S，晶格进展重，晶格进展重排，比密度由排，比密度由型的型的3.28转变为转变为型的型的2.97，体积膨胀越，体积膨胀越10%，导致熟料粉化。假设冷却速度很快，晶格重排来不及完成，导致熟料粉化。假设冷却速度很快，晶格重排来不及完成，构成介稳的构成介稳的-C2S。780-860oC690oC.二、硅酸盐水泥熟料矿物的构造二、硅酸盐水泥熟料矿物的构造 1在常温下存在的介稳的高温型矿物，

16、因此，其构造具有在常温下存在的介稳的高温型矿物，因此，其构造具有热力学的不稳定性。热力学的不稳定性。2钙离子具有不规那么配位，使其具有较高的活性。钙离子具有不规那么配位，使其具有较高的活性。3构造中的杂质和稳定剂的存在提高了其构造活性。构造中的杂质和稳定剂的存在提高了其构造活性。-C2S的构造特征的构造特征.二、硅酸盐水泥熟料矿物的构造二、硅酸盐水泥熟料矿物的构造 1钙离子具有不规那么的配位数，其中处于配位数为钙离子具有不规那么的配位数，其中处于配位数为6的的钙离子和配位数为钙离子和配位数为12但联络松散的钙离子，均有较大活性。但联络松散的钙离子，均有较大活性。2铝离子也具有两种配位情况，且铝

17、离子也具有两种配位情况，且AIO45- 是变了形的，是变了形的，因此具有较大活性。因此具有较大活性。3C3A具有较大孔穴，具有较大孔穴，OH- 很容易进入晶格内部，因此很容易进入晶格内部，因此C3A水化速度较快。水化速度较快。C3A的构造特征的构造特征.二、硅酸盐水泥熟料矿物的构造二、硅酸盐水泥熟料矿物的构造 C4AF的形貌特征的形貌特征才利特或简称才利特或简称C C矿。矿。高温时构成的一种固溶体，在铝原子取代铁原子时引起晶格高温时构成的一种固溶体，在铝原子取代铁原子时引起晶格稳定性降低。稳定性降低。.二、硅酸盐水泥熟料矿物的构造二、硅酸盐水泥熟料矿物的构造 玻璃体：熟料的构成是由于熟料烧制部

18、分熔融时部分液相玻璃体：熟料的构成是由于熟料烧制部分熔融时部分液相在较快冷却在较快冷却 时来不及析晶的结果。热力学不稳定的，所以时来不及析晶的结果。热力学不稳定的，所以具有一定的活性。具有一定的活性。.一、硅酸盐水泥熟料矿物组成计算一、硅酸盐水泥熟料矿物组成计算 二、硅酸盐水泥熟料矿物的构造二、硅酸盐水泥熟料矿物的构造 三、水泥熟料矿物具有胶凝才干的本质与条件三、水泥熟料矿物具有胶凝才干的本质与条件 .水泥熟料矿物具有胶凝才干的本水泥熟料矿物具有胶凝才干的本质与条件质与条件1熟料矿物的反响活性，决议于其构造的不稳定性，缘由：熟料矿物的反响活性，决议于其构造的不稳定性，缘由：1介稳的高温型矿物；

19、介稳的高温型矿物；2矿物中构成有限固溶体；矿物中构成有限固溶体；3微量微量元素掺杂使晶格陈列的规律性遭到某种程度影响元素掺杂使晶格陈列的规律性遭到某种程度影响结晶构造的有序度降低，稳定性降低，水化才干加强结晶构造的有序度降低，稳定性降低，水化才干加强 构造的有序度作为衡量构造不稳定程度的综合性目的。构造的有序度作为衡量构造不稳定程度的综合性目的。.水泥熟料矿物具有胶凝才干的本水泥熟料矿物具有胶凝才干的本质与条件质与条件2熟料矿物具有反响活性的另一个构造特征，在晶体构造熟料矿物具有反响活性的另一个构造特征，在晶体构造中存在活性阳离子，活性阳离子存在缘由：中存在活性阳离子，活性阳离子存在缘由：1不

20、规那么的配位和配位数降低；不规那么的配位和配位数降低；2构造的变形；构造的变形；3在构在构造电场分布的不均匀性。造电场分布的不均匀性。阳离子处于活性形状，即价键不饱和形状。阳离子处于活性形状，即价键不饱和形状。在一定意义上以为：熟料矿物水化本质是活性阳离子在水介在一定意义上以为：熟料矿物水化本质是活性阳离子在水介质作用下，与极性离子质作用下，与极性离子OH-或极性水分子相互作用并进入溶或极性水分子相互作用并进入溶液，使熟料矿物溶解和结体。液，使熟料矿物溶解和结体。.水泥熟料矿物具有胶凝才干的本水泥熟料矿物具有胶凝才干的本质与条件质与条件2阳离子的活性程度主要决议于阳离子与氧的间隔及其键阳离子的

21、活性程度主要决议于阳离子与氧的间隔及其键能的大小。阳离子的半径其重要作用。缘由：能的大小。阳离子的半径其重要作用。缘由：阴离子阴离子(如如O2-)呈严密堆积时，其中所留下的可以包容阳离子呈严密堆积时，其中所留下的可以包容阳离子的空间有限：的空间有限：1阳离子半径小于孔隙允许范围，不影响严密堆积形状；阳离子半径小于孔隙允许范围，不影响严密堆积形状；2阳离子半径大于允许范围，阳离子将阴离子严密堆积体撑阳离子半径大于允许范围，阳离子将阴离子严密堆积体撑开，离子结合疏松，键能减小。开，离子结合疏松，键能减小。.水泥熟料矿物具有胶凝才干的本水泥熟料矿物具有胶凝才干的本质与条件质与条件具有胶凝硬化才干的条

22、件：具有胶凝硬化才干的条件：构成足够数量的水化物；这些水化物能否连生构成网状构造。构成足够数量的水化物；这些水化物能否连生构成网状构造。需满足两个必要条件：需满足两个必要条件：构成水化物必需是稳定的，由水化物本身构造特性决议；构成水化物必需是稳定的，由水化物本身构造特性决议；构成水化物有足够数量，可以彼此交叉，连生，在水泥浆体构成水化物有足够数量，可以彼此交叉，连生，在水泥浆体空间构成延续的网状构造。由液相的过饱和度及其延续时间空间构成延续的网状构造。由液相的过饱和度及其延续时间决议。决议。.第四节第四节 硅酸盐水泥的水化反响及机理硅酸盐水泥的水化反响及机理 .一、水泥熟料单矿的水化一C3S/

23、C2S的水化3 CaO SiO2 + nH2OxCaO SiO2 yH2O+(3-x)Ca(OH)2 C3S+nHC-S-H+(3-x)CHC2S+mHC-S-H+(2-x)CH硅酸盐水泥的水化反响及机理硅酸盐水泥的水化反响及机理 .C-S-H ：近似组成，组成实践上变化范围很大，尤其是水：近似组成，组成实践上变化范围很大，尤其是水含量会发生很大的变化。其结晶度很差，是由各维度上都含量会发生很大的变化。其结晶度很差，是由各维度上都非常细小的，属于胶体尺寸范围小于非常细小的，属于胶体尺寸范围小于1微米的粒子组微米的粒子组成。因此成为成。因此成为C-S-H gel。CH：氢氧化钙，有固定组成的晶体

24、物质。：氢氧化钙，有固定组成的晶体物质。水化产物水化产物.C3S水化放热速率几非常钟假设干小时假设干天放热速率2460.1110100时间时间/h水化放热速率水化放热速率/cal/gh阶段阶段1阶段阶段2阶段阶段3阶段阶段4阶段阶段5硅酸三钙水化放热速率硅酸三钙水化放热速率诱导前期诱导期加速期减速期稳定期12345.诱导前期 开场与水接触时，钙离子和氢氧根离子迅速地从每个C3S粒子的外表释放出来；pH值在几分钟内上升至大于12，溶液具有强碱性。 加水后立刻发生急剧化学反响，但继续时间较短，在15min内终了。前往. 反响速率极其缓慢，继续24h水泥浆体坚持塑性。初凝时间根本相当于诱导期的终了。

25、诱导期诱导期终了时间初凝时间；.1维护膜假说H.N.Stein 在C3S周围构成一个较致密的维护膜层，从而阻止了C3S的进一步水化，使放热速率减慢以及Ca2+ 向液相中溶出的速率降低，导致诱导期开场。当初始水化产物由于相变等缘由使维护层去的浸透率提高，因此水与溶出离子又逐渐经过膜层而使水化速率加快，使诱导期终了而进入加速期。诱导期构成机理诱导期构成机理.2半浸透膜假说半浸透膜假说Doublel：初始构成的水化产物在未水化的离子外表构成：初始构成的水化产物在未水化的离子外表构成半浸透膜，该半浸透性包覆层的构成使诱导期的开场。由半浸透膜，该半浸透性包覆层的构成使诱导期的开场。由于溶液可以经过半浸透

26、性膜，于溶液可以经过半浸透性膜，H2O分子、分子、OH-优先渗入到优先渗入到半浸透膜内侧，使还未水化半浸透膜内侧，使还未水化C3S继续水化，并使膜内继续水化，并使膜内Ca2+和和SiO44-浓度添加，结果在膜两侧构成浸透压差，最后导浓度添加，结果在膜两侧构成浸透压差，最后导致膜破裂而使诱导期终了，水化加速期开场。致膜破裂而使诱导期终了，水化加速期开场。诱导期构成机理诱导期构成机理.3延迟成核假说延迟成核假说 Tadros： C3S与水接触后很快水解，与水接触后很快水解， Ca2+与与SiO44- 不一致溶解，不一致溶解，溶液中溶液中C/S比值远超越比值远超越3，因此，因此C3S外表构成缺钙的富

27、硅层，外表构成缺钙的富硅层，Ca2+ 被吸被吸附在富硅层外表使其带正电荷，构成双电层，使附在富硅层外表使其带正电荷，构成双电层，使 C3S溶解变慢，使诱溶解变慢，使诱导期开场，由于溶液中导期开场，由于溶液中SiO44-的存在，抑制的存在，抑制CH晶体的构成，使晶体的构成，使CH晶晶核构成过程被延迟。只需当溶液建立了充分的过饱和度时，才干构成核构成过程被延迟。只需当溶液建立了充分的过饱和度时，才干构成稳定的稳定的CH晶核。当晶核。当CH晶核到达一定尺寸，并有足够数量，溶液中晶核到达一定尺寸，并有足够数量，溶液中Ca2+ 与与OH- 迅速沉淀析出迅速沉淀析出CH晶体，随之溶解加速，诱导期终了，加晶

28、体，随之溶解加速，诱导期终了，加速期开场。速期开场。.4Skalay 综合上述意见，提出由于综合上述意见，提出由于SiO44-的迁移速度慢，因此的迁移速度慢，因此C-S-H主要在接近颗粒外表区析晶，而主要在接近颗粒外表区析晶，而CH晶体可以在远晶体可以在远离颗粒外表或浆体的充水空间中构成。离颗粒外表或浆体的充水空间中构成。内部水化产物与外部水化产物内部水化产物与外部水化产物. 当钙离子和氢氧根离子的浓度到达一个临界值时，水化产物当钙离子和氢氧根离子的浓度到达一个临界值时，水化产物CH和和C-S-H开场从溶液中结晶出来，开场从溶液中结晶出来，C3S再开场继续迅速地发生反响。再开场继续迅速地发生反

29、响。 反响重新加快，反响速率随时间而增大，出现第二个放热峰。反响重新加快，反响速率随时间而增大，出现第二个放热峰。在到达峰顶时本阶段即告终了在到达峰顶时本阶段即告终了48h，此时终凝时间已过，水泥，此时终凝时间已过，水泥石开场硬化。石开场硬化。加速期加速期加速期终了时间加速期终了时间终凝时间终凝时间. 伴随着单矿水化进展，伴随着单矿水化进展，CHCH从溶液结晶析出，从溶液结晶析出，C-S-HC-S-H在单矿颗粒外表生成并在颗粒构成包裹层，随着水化反响继在单矿颗粒外表生成并在颗粒构成包裹层，随着水化反响继续进展，颗粒外表的水化产物层厚度添加构成一层屏障，水续进展，颗粒外表的水化产物层厚度添加构成

30、一层屏障，水分必需经过屏障才干分散到未水化的颗粒外表，而离子必需分必需经过屏障才干分散到未水化的颗粒外表，而离子必需经过这一屏障分散至正在生长的晶体。经过这一屏障分散至正在生长的晶体。 水化衰减期，反响速率随时间下降的阶段水化衰减期，反响速率随时间下降的阶段1224h1224h，水化作用逐渐受分散速率控制。，水化作用逐渐受分散速率控制。减速期减速期.最初生成的水化产物大部分生长在C3S 粒子原始周界以外的原来的充水空间之中，称之为外部水化产物。后期水化构成的水化产物大部分生长在C3S粒子原始周界之内，称之为内部水化产物，随着内部水化物的构成和开展， C3S的水化向稳定期转变。减速期减速期.表表

31、4-1 C3S4-1 C3S反响各阶段的化学过程反响各阶段的化学过程和动力学行为和动力学行为反响阶段反响阶段化学过程化学过程动力学行为动力学行为诱导前期诱导前期初始水解，离子进入溶液初始水解，离子进入溶液反响很快、化学控制反响很快、化学控制诱导期诱导期继续溶解，早期继续溶解，早期C-S-HC-S-H构成构成反响慢、成核控制反响慢、成核控制加速期加速期水化产物构成与生长水化产物构成与生长反响快、化学控制反响快、化学控制减速期减速期水化产物继续生长、微构造开水化产物继续生长、微构造开展展反响适中、化学与分散反响适中、化学与分散控制控制稳定期稳定期微构造逐渐密实微构造逐渐密实反响很慢、分散控制反响很

32、慢、分散控制 与混凝土有关的性质：诱导期决议了初凝时间；与混凝土有关的性质：诱导期决议了初凝时间；加速期决议了终凝时间及初始硬化速度；减速期决议加速期决议了终凝时间及初始硬化速度；减速期决议了早期强度增进率；稳定期决议了后期强度增进率。了早期强度增进率；稳定期决议了后期强度增进率。.1C3S外表与液相的化学反响(C3S外表的溶解)GI：GI=1-1-1/3=KIt2成核与晶体生长反响GN：GN=1-ln1-1/3=KNt3经过水化物层的分散反响GD：GD=1-ln1-1/32=KDt 水化动力学方程KN、KI、KD为相应于为相应于GN、GI、GD的反响速度常数；的反响速度常数；为时间为时间t时

33、的水化程时的水化程度度.水化动力学指数C3SC2SKI671.4KN117.3KD3.526-C2S活性非常缓慢，成核和晶体长大的速度常数KN 差别不大，经过水化物层分散的速度常数KD 差8倍，差别最大的是粒子外表溶解的速率常数 KI表5-2 C2S与C3S水化动力学特征比较提高C2S活性的方法关键在于提高C2S的外表溶解速率，详细方法为： 添加颗粒细度，固溶少量其他氧化物；运用微波技术烧成熟料。 .a、由许多四面体、八面体组成，中间由配位数为12的Ca2+松散地结合，其中含有0.147nm的大孔穴；b、四面体变形；c、内部大孔穴，OH-可以很容易进入晶格内部。C3A的水化构造特征构造特征.1

34、、水化机理2C3A-+27H=C4AH19+C2AH8C4AH19在R.HC4AFC3SC2S表5-1 不同熟料矿物在不同龄期的结合水量/水化程度%1水泥熟料粒子的矿物组成与构造影响水泥水化速率的要素.矿物水化时间完全水化结合水量%3d7d28d6月C3S3646699613.40C2S11111309.85C3A8382849324.39C4AF7071749120.72C3S 最初反响较慢，但以后反响很快；C3A与C3S相反,开场时反响很快，但以后反响速度较慢；C4AF开场反响速度比C3S快，但以后变慢；-C2S的水化速度最慢，但在后期稳步增长。1水泥熟料粒子的矿物组成与构造影响水泥水化速

35、率的要素.2温度对反响速率的影响矿物矿物温度温度/水化时间水化时间1d3d7d28d3m6mC3S20313646699394504753618089C2S20710293050202531558692C3A2083828491935075838689u提高t对C2S的水化影响最大，如t由20提高至50，3天水化程度由7%提高至25%；u提高t对C3S早期水化影响较为显著，对水化后期影响不大；u提高t对C3A与C4AF影响最小。.3水泥细度 细度越大、放热越显著、水化越快混凝土构造的耐久性问题4水灰比 高水灰比有利于提高水化程度w/c硬化水泥浆体中结合水的量硬化水泥浆体中结合水的量/%1d3d

36、7d28d3m0.284.57.610.211.012.60.508.712.613.314.315.60.7012.515.515.617.6.水泥水化硬化机理及其研讨方法水泥水化硬化机理及其研讨方法课后作业课后作业.第五节 水泥浆体与水泥石构造构成过程及特性意义：水泥拌水以后，立刻构成水泥浆悬浮体，并且逐渐凝聚与硬化，该过程就是水泥浆的构造构成过程。研讨水泥浆构造及其构成过程的规律与其特性有重要意义：1硬化水泥石的构造与水泥浆的初始构造有关，要得到质量优良的水泥石，必需控制其构造构成过程；2水泥浆的工艺特性(如流动性，可塑性，泌水性，凝结速度等)都决议于水泥浆的构造及其动力学特性；3水泥浆

37、和水泥混凝土的系列工艺参数，如搅拌参数、泵送参数、振动成型参数都与其流变特性有关。.第五节 水泥浆体与水泥石构造构成过程及特性一、水泥浆体构造构成过程的普通描画1、研讨方法 回转粘度计、塑性锥、超声脉冲法，研讨水泥浆体的塑性强度随时间而变化的情况。2、影响要素 水泥种类、水灰比、搅拌速度、养护条件、外加剂种类及掺量.IIIIIIPm1Pm2t1t2t3浆体构造参数Pmt时间t图5-1 水泥浆体构造构成过程0t1IVw/c=0.35I无构造的悬浮形状;II凝聚构造形状;III凝聚结晶构造共存形状;IV结晶构造迅速开展形状.t1：表征浆体构造所能接受的极限剪应力到达=0所需的时间。t2：IIIII

38、 转变的时间。tt2 时间Pm值迅速增长，阐明浆体已处于III形状。t3：IIIIV，tt3 时，Pm值急剧添加，呈直线开展趋势。阐明浆体中的结晶构造网络已构成并迅速开展。浆体构造强度迅速提高。留意水泥与混凝土在消费过程中的各种工艺过程如搅拌、成型、振动都必需在时间t3之前完成，否那么将破坏浆体中的构造网，留下永久的构造缺陷，最终导致硬化水泥浆体或混凝土强度。.水泥浆体的构造参数及水灰比对水泥浆体的构造参数及水灰比对t t的影响的影响w/ct1h：min t2h：min t3h：min0.281：303：207：300.351：484：109：100.402：355：4010：30构造参数单位

39、0=3210-3PaPm1=0.3MPaPm2=3.4MPa.C3S富硅层富硅层5nmC-S-HC3S早期水化分散层的构成早期水化分散层的构成H3SiO4-或或H2SiO42-H-或或H2OOH-Ca2+结论：新拌水泥浆体是带有外表双电层的固相颗粒的分散体系。结论：新拌水泥浆体是带有外表双电层的固相颗粒的分散体系。.电势电势间隔粒子外表的间隔间隔粒子外表的间隔/r 处于水泥浆体悬浮体中处于水泥浆体悬浮体中的固体粒子有两种彼此相反的固体粒子有两种彼此相反的相互作用：的相互作用：1排斥；排斥；2吸引。吸引。.水泥浆悬浮体构成的(远程)凝聚构造特征：构造相互结合力主要是范德华力，因此强度不大。而且在

40、彼此衔接的粒子之间有个残留的薄的溶剂化层，在外力作用下，这种构造的破坏具有触变复原功能。水泥浆在硬化之前，就具有这种构造特征。所以它可以在外力与自重作用下具有塑性流动的特征。同时，使水泥制品在制备成型过程中，可以运用机械的、物理的和物理化学的方法来改善水泥浆的初始构造，以获得优良的水泥制品。.水泥浆悬浮体构成的(近程)凝聚构造特征：水化物粒子大量生成，粒子间间隔进一步接近，此时粒子间凝聚的作用力不是范德华力，而是化学键力或次化学键力，构成凝聚-结晶构造网，因此具有大得多的强度。由于作用力性质的变化，结晶构造网破坏以后不具有触变复原的性能。这种构造的构成依托水化物粒子的交叉结合，或者依托粒子界面

41、上晶核连生的结果。.4 4、机理、机理 水泥与水拌和后的早期阶段为水泥浆体悬浮体。水泥与水拌和后的早期阶段为水泥浆体悬浮体。 硅酸盐水泥的凝结和硬化硅酸盐水泥的凝结和硬化 凝结硬化：水化进展，液相不断减少。固相不断增多，而逐渐失去可塑凝结硬化：水化进展，液相不断减少。固相不断增多，而逐渐失去可塑性，进而产生强度，构造不断严密，强度提高。性，进而产生强度，构造不断严密，强度提高。1 1初凝：初凝：C-S-H gel C-S-H gel 相互衔接相互衔接CHCH、AFtAFt相互交错，范德华力使颗粒相互接近，相互交错，范德华力使颗粒相互接近，ZetaZeta电位使颗粒分开，构成均匀的网状絮凝构造，

42、颗粒势能均一，浆体失去流动电位使颗粒分开，构成均匀的网状絮凝构造，颗粒势能均一，浆体失去流动性。性。2 2终凝：水化继续进展，水分不断减少，新的水化产物不断增多。填充网络终凝：水化继续进展，水分不断减少，新的水化产物不断增多。填充网络构造，使水泥石空隙率不断下降而严密，失去塑性，并产生强度。构造，使水泥石空隙率不断下降而严密，失去塑性，并产生强度。3 3硬化：水泥石强度不断添加，水泥颗粒内部未水化部分的水化越来越困难。硬化：水泥石强度不断添加，水泥颗粒内部未水化部分的水化越来越困难。.二、水泥的凝结时间、泌水性和凝聚构造的关系二、水泥的凝结时间、泌水性和凝聚构造的关系1 1、加水量、加水量1

43、1保证水泥水化过程进展的水量保证水泥水化过程进展的水量w1w12 2使混凝土具有满足施工要求的任务性需求的水使混凝土具有满足施工要求的任务性需求的水w2w2w2w2的多少会影响，泌水、离析等问题。的多少会影响，泌水、离析等问题。2 2、评价需水性的目的、评价需水性的目的1 1水泥浆规范稠度到达规范稠度时的用水量水泥浆规范稠度到达规范稠度时的用水量2 2混凝土到达施工要求的坍落度、扩展度等目的时的用水量。合理的用水量混凝土到达施工要求的坍落度、扩展度等目的时的用水量。合理的用水量170185kg170185kg.在试杆停顿沉入或释放试杆时记录试杆距底板之间的间隔，以试杆沉入净浆并距底板6mm1m

44、m的水泥净浆为规范稠度净浆。其拌和水量为该水泥的规范稠度用水量(P)按水泥质量的百分比计.为使水泥凝结时间、体积安定性的测定具有准确可比性，规定水泥净浆处于一种特定的可塑形状，称为规范稠度。规范稠度用水量是指水泥净将到达规范稠度时所需的拌合水量。规范稠度与规范稠度用水量 .留意：稠度与流动度的区别留意：稠度与流动度的区别 一样点：两者都是表征水泥需水性大小的物理量；区别1：稠度用于水泥净浆，流动度用于水泥砂浆和混凝土；区别2：测试方法不同：稠度运用维卡仪表征；砂浆流动度用跳桌仪器测定，常以mm表示大小；混凝土以坍落度或干硬度表示。.二、水泥的凝结时间、泌水性和凝聚构造的关系二、水泥的凝结时间、

45、泌水性和凝聚构造的关系泌水过程是与浆体中固相粒子的沉淀过程同时发生的。泌水过程是与浆体中固相粒子的沉淀过程同时发生的。在水泥浆分散体系中，其固体粒子的外表都存在一个吸附水和分散水层。在水泥浆分散体系中，其固体粒子的外表都存在一个吸附水和分散水层。当固相粒子浓度足够时，他们在分子力作用下，经过水膜相互结合构成一个凝聚当固相粒子浓度足够时，他们在分子力作用下，经过水膜相互结合构成一个凝聚空间构造网。空间构造网。1 1水泥水泥- -水体系中的水量过少，就缺乏以在固相粒子外表构成吸附水层，同时水体系中的水量过少，就缺乏以在固相粒子外表构成吸附水层，同时也构成不了水泥浆体而成松散态。也构成不了水泥浆体而

46、成松散态。2 2原始加水量过大，分散的固相粒子所构成的凝聚构造空间网大大小于原始原始加水量过大，分散的固相粒子所构成的凝聚构造空间网大大小于原始的水泥的水泥- -水体系所占的空间，就会出现水分分别。水体系所占的空间，就会出现水分分别。 加水量要适当，既能构成凝聚构造，并且凝聚构造根天性占满原始的水泥加水量要适当，既能构成凝聚构造，并且凝聚构造根天性占满原始的水泥- -水体水体系空间。系空间。.3 3、泌水和离析、泌水和离析1 1测定方法：目测，坍落度、扩展度实验，压力泌水值。测定方法：目测，坍落度、扩展度实验，压力泌水值。2 2影响泌水性的主要要素影响泌水性的主要要素a a、水泥细度、水泥细度

47、细度越高，吸附层需水量愈多。细度越高，吸附层需水量愈多。b b、水泥的矿物组成、水泥的矿物组成C3AC3A含量含量C3AC3A含量越多，早期水化作用越猛烈，水泥浆内分散的胶体粒子数量添加，粒子含量越多，早期水化作用越猛烈，水泥浆内分散的胶体粒子数量添加，粒子外表积添加，凝聚构造接触点增多，这种宏大固相外表的松散的凝聚构造网，大外表积添加，凝聚构造接触点增多，这种宏大固相外表的松散的凝聚构造网，大大添加吸附水量，提高保水性。大添加吸附水量，提高保水性。.希望：希望： 水泥的流动性好，而又需水量少，保水性好，泌水量少，同时具水泥的流动性好，而又需水量少，保水性好，泌水量少，同时具有比较密实的凝聚构

48、造。有比较密实的凝聚构造。4 4、矛盾性、矛盾性 1 1流动性与需水量的矛盾性流动性与需水量的矛盾性 2 2流动性与稳定性的矛盾流动性与稳定性的矛盾措施：措施： 1 1高频振动：需水量少的情况下获得较好流动性；同时高频振动：需水量少的情况下获得较好流动性；同时提高水泥粒子分散度，提高保水性，获得比较密实的水泥浆。提高水泥粒子分散度，提高保水性，获得比较密实的水泥浆。 2 2水泥浆中参与某些外表活性物质。水泥浆中参与某些外表活性物质。.tp l- 剪切应力；?t-屈服应力；pl 塑性粘度；- 剪切应变率。水泥浆的流变特性宾汉姆模型：物理意义：当剪切应力小于屈服应力时，新拌浆体没有发生流动，只发生

49、弹性变形，变构成为弹性形变；当剪切应力大于屈服应力时，才会发生塑性变形，变形称为塑性形变。研讨水泥浆体流变特性，主要是确定应变速率与剪应力的关系，从而确定表征水泥浆特性的?t、 pl 的关系。. alpha alfa 阿耳法 beta beta 贝塔 gamma gamma 伽马 deta delta 德耳塔 epsilon epsilon 艾普西隆 zeta zeta 截塔 eta eta 艾塔.上升和下降流变曲线所包围的面积，成为滞后圈。触变性：某些胶体体系在外力作用下，流动性暂时添加，外力出去后，具有缓慢的可逆复原的性能。同样转速下，粘度降低。.5 5、影响水泥浆体流变特性要素、影响水泥

50、浆体流变特性要素(1) (1) 水灰比；水灰比；2 2水化温度；水化温度；3 3水泥矿物组成水泥矿物组成(C3A)(C3A)6 6、工艺特性、工艺特性 1 1水泥浆体与新拌和混凝土的性能要求水泥浆体与新拌和混凝土的性能要求高流动性、可塑性、高稳定性、成型密实性高流动性、可塑性、高稳定性、成型密实性流动性：在外力作用下抑制水泥浆体内部粒子相互作用而产生变形的性能，可用流动性：在外力作用下抑制水泥浆体内部粒子相互作用而产生变形的性能，可用极限剪应力极限剪应力( (屈服应力屈服应力) )表示。屈服应力越小，流动性越大表示。屈服应力越小，流动性越大极限剪应力相应于凝聚构造的强度。添加水灰比，扩展粒子间

51、的间隔，减弱粒子极限剪应力相应于凝聚构造的强度。添加水灰比，扩展粒子间的间隔，减弱粒子间的作用力，可增大流动性。间的作用力，可增大流动性。可塑性：浆体抑制屈服应力后，产生塑性变形而不断裂的性能。塑性粘度越小，可塑性：浆体抑制屈服应力后，产生塑性变形而不断裂的性能。塑性粘度越小，可塑性越好。可塑性越好。稳定性：在塑性变形后，固体粒子不产生相互接触或分别的景象。分散体系内聚稳定性：在塑性变形后，固体粒子不产生相互接触或分别的景象。分散体系内聚力越大，稳定性越好。力越大，稳定性越好。( (粘度高粘度高) )矛盾！矛盾！.浆体灌浆体灌注注空腔空腔大流动性高粘聚性资料灌注大流动性高粘聚性资料灌注高速铁路

52、高速铁路浆体灌浆体灌注注间隙间隙大流动低粘聚性资料灌注大流动低粘聚性资料灌注集料集料公路公路资料流变参数资料流变参数高粘聚性高粘聚性低粘聚性低粘聚性粘度粘度/Pas/Pas1.72.01.72.00.81.00.81.0屈服应力屈服应力0/Pa0/Pa4.24.54.24.51.82.01.82.0流动度流动度/s/s1101106060大流动度大流动度86.大流动性均质性控制效果大流动性均质性控制效果浆体灌浆体灌注注空腔空腔大流动性高粘聚性资料灌注大流动性高粘聚性资料灌注高速铁路高速铁路浆体灌浆体灌注注间隙间隙大流动低粘聚性资料灌注大流动低粘聚性资料灌注集料集料公路公路大流动度大流动度87.

53、流速控制流速控制控流筒控流筒88.89大气泡缺陷大气泡缺陷灌注不丰满灌注不丰满灌注丰满灌注丰满无大气泡无大气泡.水泥石固液气三相多孔体系。 水泥石包括未水化水泥颗粒、水化水泥、水和少量空气以及由水和空气占有的孔隙网组成。第六节 水泥水化物的组成与构造.1 1、硅酸盐水泥水化产物组成、硅酸盐水泥水化产物组成 按结晶程度可分为两类，一是结晶比较差，晶粒大小相当于胶体尺按结晶程度可分为两类，一是结晶比较差，晶粒大小相当于胶体尺寸的水化硅酸钙凝胶。一是结晶态，晶粒比较大水化物，如寸的水化硅酸钙凝胶。一是结晶态，晶粒比较大水化物，如CH CH 、AFtAFt等。等。2 2、水泥石的孔隙率、水泥石的孔隙率

54、P0P0：与水胶比、水化程度有关。孔的构造与养护制度、成型工艺、水泥矿物：与水胶比、水化程度有关。孔的构造与养护制度、成型工艺、水泥矿物组成、外加剂等有关。组成、外加剂等有关。3 3、水、水水可分为蒸发水和非蒸发水、蒸发水又可以分为凝胶水和毛细水。水可分为蒸发水和非蒸发水、蒸发水又可以分为凝胶水和毛细水。.矿物矿物密度密度/g/cm3结晶度结晶度形貌形貌C-S-H2.32.6很差很差薄片状，形状未加分析薄片状，形状未加分析CH2.24很好很好无孔条纹状资料无孔条纹状资料AFt1.75好好细长棱柱形针状晶体细长棱柱形针状晶体AFm1.95尚好尚好六角薄板状；不规那么六角薄板状；不规那么的玫瑰花形

55、的玫瑰花形水泥水化物的组成与构造 .图5-5 JM2界面和基体水化产物XRD图10.0020.0030.0040.0050.0060.00界面水化7d界面水化28d基体水化28d界面水化3d4.943.082 . 782.752 . 632 .191 .931.76A:AFtB:Ca(OH)2C:C3S、C2SD:C-S-HBBBCCDA.C-S-HCHAFt.1分散在水中未水化的水泥颗粒分散在水中未水化的水泥颗粒2在水泥颗粒外表构成水化物膜层在水泥颗粒外表构成水化物膜层3膜层长大并相互衔接凝结膜层长大并相互衔接凝结 4水化物进一步开展，填充毛细孔硬化水化物进一步开展，填充毛细孔硬化水泥凝结硬

56、化过程表示图水泥凝结硬化过程表示图 1水泥颗粒；水泥颗粒；2水分；水分；3凝胶；凝胶；4晶体；晶体；5水泥颗粒未水化内核；水泥颗粒未水化内核；6毛细孔毛细孔 97.一水化物的结晶相及其构造1、CH 占浆体固体体积的20%25%。层状构造、构造层内为离子键，构造层之间为氢键、片状晶体。由于CH的构造和外形，决议了它对水泥石的强度奉献是很少的。其层间较弱的结合，能够是水泥石受力时裂痕的发源地。2、AFt相、AFm相 在成熟的水泥浆体中硫铝酸钙含量比较少，只占体积的10%15%。AFt构造水所占空间为AFt总体积的81.2%，如以质量计，到达45.9%。从AFt的构造式可见，其中的水处于不同结合形状

57、，因此有不同的脱水温度。留意1：AFm相向AFt相转变，构造水添加，体积膨胀，密度减少，引起硬化体构造破坏。留意2：蒸养条件对AFt相的影响；其他水化产物对AFt稳定性的改善。.二凝胶相及其构造1、C-S-H gel的化学组成表征C-S-H凝胶化学组成的两个主要目的：钙硅比(C/S)，水硅比(H/S)常假定C-S-Hgel的分子式为C3S2H3，C/S=1.5、H/S=1.5留意：C-S-H凝胶的组成不是固定的。正常水化条件下，C-S-H凝胶的组成可粗略地用CxSHX-0.5表示2、C-S-H gel的硅酸根聚合度C-S-H gel是由不同聚合度的SiO44-与Ca2+组成的水化物。C3SC2S中矿物的硅酸盐阴离子以SiO44- 四面体存在，随着水化进展，单聚物逐渐聚合成二聚物及聚合度更高的矿物。.100 水泥石核磁水泥石核磁29Si29Si谱谱 核磁核磁29Si29Si谱分峰拟谱分峰拟合合MCL=Q1+Q2+3/2Q2(1Al)/0.5Q1Q0Q1Q2Q2(1Al).二凝胶相及其构造3、C-S-H的形貌I型C-S-H：纤维状粒子，水化早期由水泥颗粒向外辐射生长的细长物质，长约0.52微米、宽小于0.2微米，通常在尖端上有交叉景象。也能够呈现板条状或卷泊薄片，棒状、管状。II型C-S-H：网络状粒子。由许多小的粒子相互接触而构成的相互连锁的