水泥水化反应

水泥水化反应一.水泥熟料矿物组成

硅酸三钙：3CaO·SiO2

(C3S)

硅酸二钙：2CaO·SiO2

(C2S)

铝酸三钙：3CaO·Al2O3

(C3A)

铁铝酸四钙：4CaO·Al2O3·Fe2O3(C4AF)

硅酸盐矿物~75%~22%~95%其它：游离氧化钙：f-CaO

方镁石：（即结晶氧化镁）玻璃体：熔剂矿物（二）硅酸盐水泥熟料的矿物组成

生料SiO2CaO化合反应800～1450℃800℃左右分解反应Al2O3Fe2O32CaO·SiO23CaO·SiO23CaO·Al2O34CaO·Al2O3·Fe2O3矿物名称硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙与水反应速度快慢最快快水化放热量大小最大中强度高早期低低低后期高二．水化反应：水泥水化反应是一个很复杂的过程。1.水化机理：水泥颗粒与水接触时，其表面的熟料矿物立即与水发生水解或水化作用，生成新的水化产物并放出一定热量的过程。

2.各种矿物的水化反应：硅酸三钙水化生成水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙晶体。该水化反应的速度快，形成早期强度并生成早期水化热。3CaO·SiO2+nH2O=xCaO·SiO2·yH2O+(3-x)Ca(OH)2

硅酸二钙水化生成水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙晶体。该水化反应的速度慢，对后期龄期混凝土强度的发展起关键作用。水化热释放缓慢。产物中氢氧化钙的含量减少时，可以生成更多的水化产物。2CaO·SiO2+nH2O=xCaO·SiO2·yH2O+(2-x)Ca(OH)2

铝酸三钙水化生成水化铝酸钙晶体。该水化反应速度极快，并且释放出大量的热量。如果不控制铝酸三钙的反应速度，将产生闪凝现象，水泥将无法正常使用。通常通过在水泥中掺有适量石膏，可以避免上述问题的发生。3CaO.Al2O3+6H2O=3CaO.Al2O3.6H2O

石膏调节凝结时间的原理：石膏与水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸钙针状晶体（钙矾石）。该晶体难溶，包裹在水泥熟料的表面上，形成保护膜，阻碍水分进入水泥内部，使水化反应延缓下来，从而避免了纯水泥熟料水化产生闪凝现象。所以，石膏在水泥中起调节凝结时间的作用。

铁铝酸四钙的水化，它的水化速率比C3A略慢，水化热较低，即使单独水化也不会引起快凝。其水化反应及其产物与C3A很相似。4CaO.Al2O3.Fe2O3+2H2O=3CaO.Al2O3.H2O+CaO.Fe2O3.H2O3.水化热如三峡525#中热硅酸盐水泥，其水化热为:3天230kJ/kg，7天265kJ/kg。水泥的水化热是由水泥水化作用产生的，因其中包括水化、水解和结晶一系列作用，故水泥的水化热实际为水泥的硬化热。水化热的大小与放热速率首先取决于水泥的矿物组成，矿物的水化速度愈快，则水化热量愈大。铝酸三钙的水化热与放热速率最大，铁铝酸四钙和硅酸三钙次之，硅酸二钙最小。水化速度：C3A＞C3S＞C4AF＞C2S水化热：C3A＞C3S＞C4AF＞C2S水泥的水化热由试验确定。若在已知水泥矿物成分的情况下，无水泥水化热试验资料，则可由水泥各种矿物成分的水化热进行估算。通常水泥等级越高，水化热度越大。凡对水泥起促凝作用的因素均可提高早期水化热。反之，凡能延缓水化作用的因素均可降低水化热。水化热大的水泥不得在大体积混凝土工程中使用。在大体积混凝土工程中由于水化热积聚在内部不易散发而使混凝土的内部温度急剧升高，混凝土内外温差过大，以致造成明显的温度应力，使混凝土产生裂缝，严重降低混凝土的强度和其它性能。但水化热对冬季施工的混凝土工程较为有利，能加快早期强度增长，使抵御初期受冻的能力提高。水泥各种矿物成分水化热单位：cal/g矿物成分龄期(d)完全水化372890180C3S97110116124135160C2S152540445079C3A141158209222245254C4AF22609099

136矿物组成对水泥性能的影响水泥是几种熟料矿物的混合物，改变熟料矿物成分间的比例，水泥的性质即发生相应的变化。硅酸三钙↑——高强水泥铝酸三钙、硅酸三钙↓硅酸二钙↑

铁铝酸四钙↑——抗折强度↑——道路水泥—水化热↓——大坝水泥

三．温度变化过程水泥在凝结硬化过程中，会放出大量的水化热。水泥在开始凝结时放热较快，以后逐渐变慢，普通水泥最初3d放出的总热量占总水化热的50%以上。水泥水化热与龄期的关系曲线如图所示，图中Qo为水泥的最终发热量(J/kg)，其中m为系数，它与水泥品种及混凝土入仓温度有关。

水化热绝热温升：WQ0θ0=WQ0/（ρC）式中：θ0混凝土最终绝热温升；

W混凝土水泥用量；

Q0水泥水化热总量；

ρ混凝土容重；

C混凝土比热。混凝土水化热温升计算很复杂，主要有三种：解析法、差分法、有限单元法。

混凝土的温度随水化热的逐渐释放而升高.

入仓温度和气温的温差、浇筑块顶面、水管冷却以及基岩的吸热作用也有一定的影响。当散热条件较好时，水化热造成的最高温度升高值并不大，也不致使混凝土产生较大裂缝。当混凝土的浇筑块尺寸较大时，其散热条件较差，由于混凝土导热性能不良，水化热基本上都积蓄在浇筑块内，从而引起混凝土温度明显升高，温度可达60～80℃。由于混凝土温度高于外界气温，随着时间的延续，热量慢慢向外界散发，块体内温度逐渐下降。这种自然散热过程甚为漫长，大约要经历几年以至几十年的时间水化热才能基本消失。此后，块体温度即趋近于稳定状态。在稳定期内，坝体内部温度基本稳定，而表层混凝土温度则随外界温度的变化而呈周期性波动。由此可见，大体积混凝土温度变化一般经历升温期、冷却期和稳定期三个时期。由图可知