《无机材料工学教学》6-水泥水化ppt课件

1、第六章第六章 水泥的水化硬化水泥的水化硬化.1 熟料单矿的水化熟料单矿的水化6.1.1 6.1.1 硅酸三钙硅酸三钙水化反响水化反响3 CaO3 CaOSiO2 + n H2O = x CaOSiO2 + n H2O = x CaOSiO2SiO2y H2O y H2O + (3-x) Ca(OH) + (3-x) Ca(OH) 2 2或：或： C3S + n H = x C-S-H + (3-x) CHC3S + 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水化过程水化过程诱导前期诱导前期: :与水接触后立刻发生急剧的化学反响，

2、只需与水接触后立刻发生急剧的化学反响，只需1515分钟左右；分钟左右；诱导期：水化速度忽然变得很慢，继续诱导期：水化速度忽然变得很慢，继续1 14h4h；加速期：水化重新加快，历时加速期：水化重新加快，历时4 48h;8h;减速期：水化逐渐变慢，减速期：水化逐渐变慢，C3SC3S浆体已完全转变成硬化体，浆体已完全转变成硬化体，反响转入分散方式。继续反响转入分散方式。继续121224h24h。稳定期：反响速度再次减低至接近于零，水化作用完稳定期：反响速度再次减低至接近于零，水化作用完全处于分散控制方式，几乎停顿。全处于分散控制方式，几乎停顿。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

3、热曲线水泥工艺水泥工艺 6.1.2 硅酸二钙硅酸二钙 u水化反响水化反响u2 CaO2 CaOSiO2 + m H2O = x CaOSiO2 + m H2O = x CaOSiO2SiO2y H2O y H2O u + + (2-x) Ca(OH)2(2-x) Ca(OH)2u或或 C2S+m H = C-S-H + (2-x) CH C2S+m H = C-S-H + (2-x) CH u 水泥工艺水泥工艺 u -C2S水化过程与水化过程与C3S的异同的异同 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/

4、SC/S较低；较低； 同样阅历诱导前期、诱导期、加速期、减速期和同样阅历诱导前期、诱导期、加速期、减速期和稳定期几个阶段；稳定期几个阶段； 水化速率比小得多，约为水化速率比小得多，约为C3SC3S水化速率的水化速率的1/201/20。水泥工艺水泥工艺 6.1.3 铝酸三钙 u水化反响水化反响u液相液相Ca2+Ca2+浓度达浓度达Ca(OH)2Ca(OH)2饱和浓度时饱和浓度时uC3A + Ca(OH)2 + 12H = C4AH13C3A + Ca(OH)2 + 12H = C4AH13u 在未掺石膏的硅酸盐水泥的水化中，在未掺石膏的硅酸盐水泥的水化中，非常容易构成非常容易构成C4AH13,C

5、4AH13,会导致水泥的快凝。会导致水泥的快凝。水泥工艺水泥工艺 有石膏参与的情况有石膏参与的情况石膏充足时，构成石膏充足时，构成C3AC3A3CaSO43CaSO4H32H32C4AH13+3CaSO4+14H=C3AC4AH13+3CaSO4+14H=C3A3CaSO43CaSO4H32+CHH32+CH石膏缺乏时，转变成石膏缺乏时，转变成C3AC3ACaSO4CaSO4H12H12 C3AC3A3CaSO43CaSO4H32+2C4AH13=3C3AH32+2C4AH13=3C3ACaSO4CaSO4H1H12+2CH+20H2+2CH+20H石膏极少时，构成石膏极少时，构成C3AC3A

6、CaSO4CaSO4H12H12和和C4AH13C4AH13固固溶体溶体C4AH12+C3A+CH+12H=2C3AC4AH12+C3A+CH+12H=2C3A(CS,CH)(CS,CH)H12H12水泥工艺水泥工艺 C3AC3A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 3.03.01.0 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CC3 3A(CS, CH)HA(CS, CH)H1

7、212 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uC4AFC4AF的水化与的水化与C3AC3A的极其类似的极其类似u Fe2O3 Fe2O3 起起Al2O3 Al2O3 的作用，水化产物中铁置的作用，水化产物中铁置换部分铝，构成水硫铝酸钙和水化硫铁酸钙的换部分铝，构成水硫铝酸钙和水化硫铁酸钙的固溶体。固溶体。石膏充足时构成石膏充足时构成C3(A,F)C3(A,F)3CaSO43CaSO4H32H32石膏缺乏时构成石膏缺乏时构成C3(A,F)C3(A,F)CaSO4CaSO4H12H12水泥工艺水泥工艺 6.2 硅酸盐水泥的水

8、化和硬化6.2.16.2.1水化反响水化反响u水化反响根本上是在含碱的氢氧化钙和硫酸钙的水化反响根本上是在含碱的氢氧化钙和硫酸钙的饱和溶液中进展饱和溶液中进展u硅酸钙硅酸钙Ca2+, OH-Ca2+, OH-u铝酸钙铝酸钙Ca2+, Al(OH)4-Ca2+, Al(OH)4-u铁铝酸盐铁铝酸盐Ca2+, Fe(OH)4 -Ca2+, Fe(OH)4 -u硫酸钙硫酸钙Ca2+, SO42-Ca2+, SO42-u碱的硫酸盐碱的硫酸盐Na+, K+, SO42-Na+, K+, SO42-水泥工艺水泥工艺 u各矿物水化与单矿水化类似各矿物水化与单矿水化类似u各矿物之间有相互作用各矿物之间有相互作

9、用uC3SC3S促进促进C2SC2S的水化的水化uC3AC3A和和C4AFC4AF争夺耗费争夺耗费SO42-SO42-u碱促进碱促进C3SC3S的水化的水化u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,

10、 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.水化产物组成和形貌水化产物组成和形貌uC-S-Hu一种有CaO、SiO2、和H2O按照某种比例相结合构成的水化硅酸钙。但C/S、H/S并非定值，并固溶有其它离子u无定形胶体状,结晶程度极差u纳微米数量级的极其微小的水化硅酸钙u在X射线衍射谱图上表现出不完好的特征衍射峰u有各种形貌水泥工艺水泥工艺 u氢氧化钙氢氧化钙 固定化学组成固定化学组成 结晶好，也有少量以隐晶质或无定形的形状结晶好，也有少量以隐晶质或无定形的形状存在存在 长于水泥石孔隙之中，多为六

11、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两者普通都为晶体，钙矾石外形呈柱状构造，单两者普通都为晶体，钙矾石外形呈柱状构造，单硫形水化硫铝酸钙外形多呈层状构造。硫形水化硫铝酸钙外形多呈层状构造。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SO42-SO42-均可均可以被以被CO32-CO32-，Cl-Cl-，OH-OH-等离子所置换，等离子所置换，AlAl可以被可以被FeFe所置换。从而构成一系列固溶体，分别称之为所置换。从而构成一系列固溶体，分别称之为AFtAFt和和AFmAFm。水泥工艺水泥工艺 E

12、lkemMaterialsC-S-H 水水化化硅硅酸酸钙钙凝凝胶胶CH Crystal 氢氢氧氧化化钙钙晶晶体体HYDRATION PRODUCTS WITHOUT MICROSILICA 无无微微硅硅粉粉混混凝凝土土的的水水化化产产物物ElkemM aterialsHYDRATION PRODUCTS W ITH MICROSILICA 掺掺 加加 微微 硅硅 粉粉 混混 凝凝 土土 的的 水水 化化 产产 物物Dense C-S-H 致致 密密 的的 水水 化化 硅硅 酸酸 钙钙 凝凝 胶胶6.2.6.2.硅酸盐水泥水化硬化过程硅酸盐水泥水化硬化过程u钙矾石构成期钙矾石构成期uC3AC3A

13、率先水化，在石膏存在的条件下迅速构成钙矾石。率先水化，在石膏存在的条件下迅速构成钙矾石。放热曲线上出现第一放热峰放热曲线上出现第一放热峰uC3SC3S水化期水化期 uC3SC3S开场迅速水化。大量放热，构成第二放热峰开场迅速水化。大量放热，构成第二放热峰uC2SC2S和铁相也参与上述两个阶段反响，但放热较小。和铁相也参与上述两个阶段反响，但放热较小。u构造构成和开展期构造构成和开展期u各种水化产物填入原先由水所占据的空间，再逐渐衔各种水化产物填入原先由水所占据的空间，再逐渐衔接，相互交错开展成硬化的水泥浆体。接，相互交错开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 6.2.36.2.3水泥硬化