第七章-硅酸盐水泥的水化与硬化.ppt

1、第七章硅酸盐水泥的水化和硬化本章的主要内容是：熟料矿物的水化；硅酸盐水泥的水化速率硬化水泥浆体；补充：熟料矿物水合的原因；熟料矿物的不稳定结构。熟料矿物结构不稳定的原因如下：(1)熟料烧成后迅速冷却，使其保持亚稳态的高温晶体结构；熟料中的矿物不是纯C3S和C2S，而是有限的固溶体，如阿利特和贝利特。微量元素的掺杂在一定程度上影响晶格排列的规律性。熟料矿物中钙离子与氧离子的配位是不规则的。水泥的水化、凝结和硬化，水化物质从无水状态变为水状态，从低水含量变为高水含量，这统称为水化。水泥与水混合在一起，在初始阶段形成具有塑性的泥浆，然后逐渐增稠并失去塑性的过程称为凝结。硬化后，泥浆的强度逐渐增加，变

2、成坚硬的石头状固体(水泥石)。这个过程叫做硬化。7.1熟料矿物的水合作用1。C3S 1号的水合作用。常温水合反应3 Cao。二氧化硅NH2O=XCAO。二氧化硅。YH2O (3-x) Ca (OH) 2缩写为：C3S nH=C-S-H (3-x)CH水合产物：水合硅酸钙(又名C-S)，水合产物C-S-H的组成不确定，其CaO/SiO2比值与溶液中Ca (OH) 2的浓度有关：Cao 1mol/l，Ca(OH)2硅酸凝胶CaO1-2 m mol/l，C-S-H硅酸凝胶CaO2-20 m mol/l，C/S比值(0.8 C-S-H)(CaO)2.C3S水化过程：早期诱导期(时间：15分钟)反应：第

3、一个放热峰剧烈，钙离子浓度快速增加的浆态：流动性(氢氧化钙不饱和):诱导期也称为静止期(时间：24小时)反应：放热极慢低谷：钙离子浓度缓慢增加浆态：氢氧化钙饱和：此处：流动性，结束：流动性损失，达到初凝：加速期(时间：48小时)反应：加速第二个放热峰；浆液状态：氢氧化钙过饱和度最高：氢氧化钙生成，空隙被填满，中期：塑性丧失，达到终凝，后期：硬化开始：减速期(时间：1224小时)反应：随时间增加而减少原因：在C 3 :中稳定反应：非常缓慢，基本稳定(仅到水化结束)原因：产品层厚：水少，产品扩散困难。诱导期的本质保护膜理论、晶核形成延迟理论、晶格缺陷的类型和数量是决定诱导期长度的主要因素。2.C2

4、S的水化过程与C3S相似，也有静止期和加速期等。然而，水化速率很慢，约为C3S水化反应的1/20:C2S氢C-S氢甲烷水化产物：C-S氢和氢氧化钙。C3A水化：水化迅速，水化产物的组成和结构受溶液中CaO和Al2O3离子浓度和温度的影响很大。1.C3A常温单独水化：C3A 27H C4AH19 C2AH8，相对湿度85，C4AH 19 C4AH 136H C4AH 13 C2 ah 8 C3AH 69 H2 ot 35:C3A 6 H2 oc3 ah 6特点：水化速度快，水化热高，反应速度快，凝结快，流动性损失快。2.当C3A液相中氧化钙浓度达到饱和时，C3A CH 12H C4AH13瞬间凝

5、固。原因是水泥颗粒表面形成大量的C4AH13，其数量增长迅速，足以阻碍颗粒的相对运动。3。在存在石膏和CaO的情况下，在存在C3AcH 12 Hc4ah 13 C4 ah 133 c SH214 c 3a 3c SH32 ch(三硫水合硫铝酸钙Aft，也称为钙矾石)的情况下，水合石膏(足量)当C3A未完全水合且石膏耗尽时，2CH 13 c 3a 3c HSH 323 c 3a csh 12 ch 20h(单硫水合硫铝酸钙Afm)具有非常少量的石膏，并且所有Aft都转化为Afm，C3A保持C3AcH 11第四，铁相固溶体的水化比C3A水化慢，单独水化并不迫切。1.当没有石膏时，在Ca(OH)2环

6、境下，水化温度：c4af 4c H2 C4(AF)h13t 50:c4af 6h C3(a f)h62。c4af2ch6cs250h2c3 (af) 3csh323。当石膏不足时，2 C4(af)H13 C3(af)3c sh 323 C3(af)csh 122 ch 20h，7.2硅酸盐水泥的水化.水化反应体系的特征水泥的水化基本上是在Ca(OH)2和石膏的饱和溶液或过饱和溶液中进行的，并会出现k和Na等离子体。熟料首先在该溶液中分解、分散并悬浮在液相中，每种单体矿物被水合，水合产物相互结合，然后水合产物凝结并硬化，发挥强度。因此，水化过程实际上是熟料崩解和水化的水化产物，凝结水泥石。开始时

7、，分解和水合作用起主导作用，然后凝结起主导作用。水合反应和水合产物1。水化反应图如下：综上所述，水泥的水化反应过程如下：水泥加水后，C3S、C3A、C4AF均快速水化，石膏快速溶解，形成氢氧化钙和硫酸钙的饱和溶液。水化产物首先出现六方片状的氢氧化钙、针状的AFt相和无定形碳。然后，由于AFt相的不断形成，SO4 (2-)不断减少，形成了AFm相、C-A-H晶体和C4(AF)H13晶体。2。水化产物，常温下主要的水化产物：常压(100)蒸汽养护过程中的水化产物：水化硅酸钙(Ca(OH)2)水化硫铝酸钙固溶体：水化铝酸钙及其固溶体：一般产物C4(AF)H13最终产物C3AH6-C3FH 6固溶体具

8、有小溶解度三硫针状单硫六方片状：最后，C-S-H(C4A)C4F不稳定，易转化为C3AH6，C3(AF)H6 AFt相，分解为Afm相和CaSO4。第三，水泥水化过程中钙矾石的形成期：C3A水化的第一个放热峰，C3S水化的第一个放热峰，C3S水化的第二个放热峰结构的形成和发展期。3390.98999999999 7.3水化速率一、水化速率的表达方法水化速率的含义：水化速率影响水泥强度和稳定性的发挥表达方法：水化速率：单位时间内的水化程度或水化深度水化程度：一定时间内水泥的水化量与完全水化量之比，以百分比表示。水化深度：水泥颗粒的水化层厚度，单位为微米。测定方法：直接方法：定量测定水合和未水合部

9、分的数量。岩相分析、x光分析、热分析等间接方法。结合水、水化热或氢氧化钙生成等的测定。水化深度h与水化度a的关系：2。28天前矿物水化速度：C3AC4AFC3SC2S 36个月：C3SC3A C4AF C2S；3.影响水合速度的因素1。熟料的矿物组成每种矿物在28天内的水化速度为C3A C3S C4AFC2S或C3AC4AFC3SC2S。每种熟料矿物的水化活性主要与矿物的晶体结构有关。(与不规则配位和高配位引起的晶体结构缺陷有关)2。水泥细度：细度越细，反应物的表面积越大，反应速度越快；在研磨过程中，晶格畸变和晶格缺陷的程度增加，反应活性高，容易发生水合反应。随着细度的增加，早期水化反应和强度

10、有所提高，但对后期强度没有太大的好处。水灰比在0.251.0之间对早期水化速率没有明显影响，但如果水灰比过小，后期水化反应会延迟。为了达到充分水合的目的，混合水的量应该是化学反应所需量的大约一倍。水灰比应大于0.4。影响水合速率；影响水泥浆的结构和孔隙率；影响强度。4.固化温度越高，固化速度越快。温度对水化速率的影响主要在前期，后期影响不大。温度低于-10的水泥几乎不含水。外加剂：在施工过程中，“加入少量能调节凝结时间的物质，大部分无机电解质能促进水泥水化，如氯化钙；大多数有机添加剂能延缓水化，还有各种各样的木质素磺酸钠缓凝剂：葡萄糖酸阻断C-S-氢成核，木质素磺酸盐延缓钙(OH)2结晶，早强

11、剂：三乙醇胺：催化C3S C2S:混凝土强度在28天内高于40%，7.4硬化水泥浆一、凝结硬化过程和概念水泥凝结硬化：水泥浆与水泥和水混合首先具有流动性和塑性。随着连续的水化反应，水泥浆逐渐失去流动性，变成具有一定强度的固体，即水泥的凝结和硬化。凝结：泥浆失去流动性和部分塑性，具有塑性强度硬化：完全失去塑性，具有一定的机械强度。水化是凝结硬化的前提，凝结硬化是水化的结果。总的来说，凝结和硬化是同一过程中的不同阶段。凝固表示浆料失去流动性并具有一定的塑性强度，而硬化表示浆料在凝固后产生一定的机械强度。泥浆结构的形成和发展(凝结硬化机理)补充：材料凝结的几种形式1。物质从过饱和溶液中结晶出来，形成

12、具有交织晶体的产品。例如，半水石膏浆液通过结晶获得强度。2.形成半固态凝胶，如石灰浆硬化-通过凝结获得强度、凝结机理和硬化过程(参见Pusi P74)。迈克尔埃利斯的胶体理论、溶解期、贝科夫理论、胶凝期、结晶期、洛克尔理论和洛克尔等人将凝固硬化过程中体系结构的变化分为三个阶段：第一阶段：在初凝期，晶体太小而无法连接；第二阶段：从初凝至24小时，水化开始加速并连接成网状结构。随着水化程度的增加，孔隙率明显降低，网络结构变得更加致密和牢固。第三阶段：水化结束24小时后，孔隙率持续降低，结构致密，强度增加。统一观点：P190水泥的水化反应开始受化学反应控制，随着水化产物层的增厚，扩散速率成为决定性因

13、素。各种水化产物通过晶体的重叠和交叉爬升将水泥颗粒与水化产物连接起来，形成一个立体的固体组合和紧密的整体。硬化水泥浆体的组成和结构硬化水泥浆体是一种非均质的多相体系，由各种水化产物和残余熟料组成的固相、孔隙中存在的水和空气组成，是一种固-液-气三相多孔体。它具有一定的机械强度和孔隙率，其外观和其他性能与天然石材相似，因此也被称为水泥石。结晶度差的水泥石：凝胶c-s-h的组成：结晶度好的70% ca (oh) 2:结晶度好的20% Afm，7% AFT和水合铝酸钙等。未水化残余熟料和其他微量成分：3%孔隙：未被外部水化产物填充的孔隙凝胶孔隙：凝胶微孔水：1000硬化水泥浆体主要水化产物的基本特征

14、和硬化水泥浆体的结构：水泥浆体由水泥凝胶、吸附在凝胶孔隙中的凝胶水、钙(OH)2等晶相、未水化水泥颗粒、毛细孔隙和毛细孔隙水组成。第三章。孔隙的结构特征。生孔：矿物完全水化：理论水灰比=0.2-0.6实际砂浆：水灰比=0.5(国家标准实验)，所以：理论加水量远大于实际加水量：多余的水在孔隙形成和影响后24小时变成固相体积孔隙2:70-80%的孔隙小于100纳米，直径大于100纳米(大毛细孔)；强度降低；越多的凝胶孔小于100纳米；强度越高；3.孔隙分类(见P199表8-9)；4.水及其存在形式可分为：结晶水：强结晶水：弱结晶水在羟基状态：弱结晶水以游离水：游离水存在于粗糙的孔隙中，容易去除，应尽可能减少。存在性：在100纳米的孔隙中、可根据是否能蒸发分为蒸发水：可通过降低压力和升高温度(自由水、吸附水)来干燥，这是所有孔隙体积的量度。未蒸发的水：它不能或很难干燥，例如混合水(结晶水)，它可以用来测量水合产物中胶体颗粒的数量，也就是水合程度。从以上讨论可以看出，硬化水泥浆由两部分组