硅酸盐水泥的水化和硬化.ppt

1、硅酸盐水泥的水合和硬化，水泥熟料矿物和水泥的水合硅酸盐水泥的凝结，硬化过程硬化水泥浆的结构，1，水泥用适量的水混合形成能够粘结砂石骨料的可塑性浆，然后逐渐失去塑性凝结硬化成具有一定强度的石状体。 此外，随着水合散热、体积变化、强度增加等现象，水泥掺水后发生了一系列复杂的物理化学物理化学现象。7.1熟料单矿物和水泥的水化，2、为了更好地应用水泥，有必要了解水化硬化过程的机理以控制和改善水泥的性能。 水泥熟料是多种矿物的集合体，与水的作用较复杂，故先研究水泥单矿物的水合反应，再研究水泥整体的水合硬化过程。3，3，7.1.1熟料矿物水合的原因、硅酸盐水泥熟料矿物结构的不稳定性熟料烧成后的快速冷却、保

2、留高温稳定状态的晶体结构工业熟料中的矿物由于有限固溶体微量元素的掺杂而受晶格排列的规律性影响，熟料矿物中的钙离子氧离子配位不良4、硅酸三钙水合硅酸三钙在水泥熟料中的含量高达约50，有时高达60。 因此，其水合作用、产物及其形成的结构对固化水泥浆的性能有重要影响。 7.1.2水泥熟料单矿物的水合，5，常温下为C3S水合方程式：由上式可知，其水合生成物为C-S-H凝胶和氢氧化钙，C-S-H有时也被称为水合硅酸钙，其组成不定，3 Cao SiO ca(oh)2，C3S nH=C-S-H (3-x)CH，简称：即初始水解：加水后发生急剧反应，Ca2和OH-迅速从C3S表面释放，几分钟内PH值从12上升

3、，溶液具有碱性，15分钟内结束。 诱导期：水合反应慢，一般持续2-4h，也称为静止期或潜伏期，此时水泥浆保持塑性，初凝基本等于诱导期的结束。 加速期：反应再次加速，出现第二个发热峰，达到顶峰后此阶段结束。 时间4-8小时。 此时凝固结束，开始早期硬化。 9、衰退期：反应速度降低，持续12-24h，水合生成物CH和C-S-H从溶液中结晶化，包裹在C3S表面，因此水合作用受生成物层的扩散作用控制。稳定期：反应速度低，基本稳定，水合完全受扩散速度控制。 关于诱导期开始和结束的原因诱导期的本质，成为研究C3S水合机理的重点。 10、关于诱导期的假说和理论，保护膜假说：斯坦(HNStein )等人认为诱

4、导期是由水合生成物形成了保护膜层。 保护膜一旦被破坏，诱导期就结束，即所谓的“保护膜理论”。 结晶核形成延迟理论：诱导期被认为是由氢氧化钙或CSH，或者两者的结晶核形成和生长引起的，都需要一定的时间，被认为是由水合延迟引起的。11、C3S与水接触时，在有晶格缺陷的部位发生水解，Ca2和OH-进入溶液，在C3S表面形成缺钙硅层，产生双电层，阻碍C3S的溶解，产生诱导期。 因为C3S还缓慢地水合，Ca(OH)2浓度增加，达到一定的过饱和度时，Ca(OH)2结晶析出，双电层作用减弱或消失，促进C3S的溶解，诱导期结束。从综合观点来看，12、C3S各阶段的水合过程，13、14、C3S的水合各阶段的化学

5、过程和动力学行为，C3S的凝结时间正常，水合快，粒径40-50um的粒子28d水合为70左右。 散热多、早期强度高、后期强度增进率大的28d强度可达1年强度的70180，其28d强度和1年强度是4种矿物中最高的。15、硅酸二钙的水合、2 Cao SiO2n h2o=xcao SiO2y h2o (2- x ) ca (oh ) 2、常温下C2S水合式：c2snh=c-的水合速度为C3S的约1/20左右，比较慢。16、铝酸三钙水合、铝酸三钙与水反应快，其水合产物的组成和结构受溶液中氧化钙、氧化铝离子浓度和温度的影响显着。 常温下无石膏时：C3A27HC4AH19 C2AH8、相对湿度85% :C

6、4AH19 C4AH136H、C4AH19、C2AH8、C4AH13均为六方片状晶体，常温下处于稳定状态。 C3A6HC3AH6、C3ACH12HC4AH13、氧化钙浓度达到饱和时：17、存在石膏时：c3a3caso 42 h2o 26 h2o c3a3caso 432 h2o、c3a3caso432h2o2c3a4h2o石膏的配合量极少， 所有铜矾石转化为单硫型水合硫铝酸钙后，可能会残留C3A，发生以下反应：c3acaso 412 h2o3c3a ca (oh ) 212 h2o 23 Cao al2o3(caso 4，ca(caso4)氧化在不存在石膏的情况下：在C4AF 3CH 22H=

7、2C4(A，F)H13，20以上，六方片状的C4(A，f ) h 13变换为C3(A，F)H6。 当温度超过50度时，C4AF直接水合生成C3(A，F)H6。 存在石膏时：石膏充分时形成铁取代钙钛矿固溶体C3(A，F) 3C H32，石膏不足时形成单硫型固溶体。 21，7.1.3由于硅酸盐水泥的水合、硅酸盐水泥是多种熟料矿物和石膏的共同组成，水泥加水时石膏溶解于水中，C3A和C3S立即与水反应，C3S水合时析出Ca(OH)2，因此填充在粒子间的液相是实际的因此，水泥的水合开始后，基本上在含碱的氢氧化钙和硫酸钙溶液中进行。 思考：随着水泥水合的进行，液相的组成如何变化，22、硅酸盐水泥的水合、长

8、纤维状、短纤维状、六方板结晶、缓凝机理：同上、针状结晶、立方板状结晶、23、24、25、26在石膏存在的条件下，进行铜矾2、C3S水合期C3S迅速开始水合，大量散热，形成第二散热峰。 根据情况不同，在第三散热峰值和第二散热峰值中会出现“肩膀”，可以认为是由于铜矾石转化为一硫型的水合硫化铝(铁)酸钙而引起的。 同时，C2S和铁相也在一定程度上参与了这两个阶段的反应，生成了相应的水合产物。 3、结构形成和发展期的散热速度有低稳定的趋势，随着各种水合产物的增加，原本被水所占的空间被填埋，逐渐连接，相互缠绕，发展成固化的浆液结构。 27、7.1.4的水合速度多用熟料矿物和水泥的水合速度单位时间的水合程

9、度和水合深度来表示。 水化程度：水化作用在一定时间内发生的量和完全水化量的比，水化深度：水化层的厚度。 注意水合速度在粒子粗细、灰白比及水合温度等条件基本一致时必须进行比较。 28、水化过程中能够始终保持球形，假设密度不变，水化深度h与水化程度a的关系为(但阴影表示水化部分)，影响水泥水化速度的因素为熟料矿物组成和结构、水泥的纤度、加水量、养护温度、混合材料和外加剂的性质影响水泥水化速度的因素有：水泥熟料矿物组成：含量、结晶结构、灰白比：灰白比大，水泥颗粒高度分散，与水接触面积大，水化速度快。 但是灰白比大，水泥凝结慢，强度降低。纤度：水泥纤度细，与水接触面积大，水合快，纤度细，水泥晶格扭曲，

10、缺陷多，有利于水合。 水泥颗粒粉碎至粒径小于40m，水合活性高，技术经济合理。31、32、养生温度：养生温度升高，水泥水化加快。 但是，不同矿物的温度对水合速度的影响程度不同。 水合慢-对c2s的影响最大。 C3A在常温下的污水化快，散热多，所以温度对C3A的水化速度影响不大。 温度越高，对水泥早期水合速度的影响越大，越是后期影响越小。 外加剂：通常大多数无机电解质具有促进水泥水合的作用。 例： CaCl2； 多数有机外加剂对水合有延迟作用，是常用的各种木质磺酸盐类。33、34、35、7.2硅酸盐水泥的冷凝、硬化过程、冷凝和硬化是同一过程的不同阶段，冷凝表明水泥浆失去流动性，具有一定的塑性强度

11、，硬化表明水泥浆硬化后形成的结构具有一定的机械强度。 关于水泥凝结硬化过程的看法，历来是有争议的。36，1887年鲁-查德利提出了晶体理论：他认为水泥之所以产生凝胶化作用，是因为水合生成的晶体相互交叉插通，连接变得整体。 水泥的水化硬化过程：水泥中的熟料矿物首先溶解于水中，与水反应，生成的水化产物由于溶解度比反应物的溶解度小，结晶沉淀。 之后，熟料矿物继续溶解，水合生成物继续沉淀，这样的溶解沉淀继续。 水泥的水合与通常的化学反应一样，是通过液相进行的所谓溶解沉淀过程，水合生成物的结晶交联凝结、固化，可以认为与石膏相同。 晶体理论，37，胶体理论，1892年米哈利斯又提出了胶体理论：水泥水合后生

12、成大量胶体物质，干燥或未水化的水泥粒子持续水合而产生“内吸作用”脱水，使胶体凝聚变硬。 水泥的水化硬化过程：将水泥的水化反应作为固相反应的一种，考虑不经过矿物溶解于水的阶段，固相直接与水反应生成水化生成物的所谓局部化学反应。 之后，由于水的扩散作用，反应界面从粒子表面向内延伸，继续水合。 凝结硬化是胶体凝聚形成刚性凝胶的过程，与石灰和硅溶胶的情况基本相似。 38、根据贝可夫提倡的理论，水泥的固化可分为3个时期：第一，水泥遇水后，粒子表面开始水合，可溶性物质溶于水，溶液饱和的第二位凝胶化期，固相生成物从饱和溶液中析出，过饱和度高，因此胶体通过固相反应直接生成胶体析出的第3个是结晶化期，生成的胶体

13、粒子不稳定，可以再溶解再结晶产生强度。 39、洛赫尔等人提出的理论是第一阶段：从水泥混炼水到初凝固，C3S与水迅速反应生成Ca(OH)2饱和溶液，从中析出Ca(OH)2晶体。 石膏也立即进入溶液中与C3A反应生成细矾石晶体。 该阶段的特征是，由于水合生成物的尺寸小，数量少，不足以使粒子间交联，不能形成网状结构，水泥浆呈塑性状态。 40、第二阶段：从初凝到24h水泥水合开始加速，生成大量的Ca(OH)2和铜矾石晶体。 同时在水泥粒子上形成了纤维状的csh。 特点：铜矾石晶体的生长和C-S-H的大量形成，产生强、弱的不均匀接触点，将各粒子初步连接到网上，使水泥浆凝结。 随着接触点数目的增加，网状结

14、构增强，相应地强度增大。 残留在粒子间空间的非结合水逐渐分割成各种大小的水滴，填充到与之相应大小的空隙中。 41、第三阶段： 24h以后，指水合结束。 无论怎样，石膏枯竭，钙矾石也有可能开始变换成单硫型水合硫铝酸盐钙，变成C4(A，F)H13。特征： C-S-H、Ca(OH)2、C3A C H12、C4(A，F)H13等水合生成物的数量增加，结构变得更致密，相应地强度提高。 四十二、四十三、工作、一、硅酸三钙水合可分为几个时期，二、水泥水合产物主要有几种？ 固化水泥浆的结构、固化水泥浆为非均质的多相体系，由于由各种水合生成物和残存熟料组成的固相和空隙中存在的水和空气组成，因此为固液气三相多孔体

15、。 具有一定的机械强度和孔隙率，水合物本身的化学组成和结构影响固化浆液的性能。 45，7.3.1水泥石的组成，硅酸盐水泥的水合产物，凝胶：结晶度差的水合硅酸钙C-S-H凝胶如非晶或非晶，结晶产物：结晶化好的氢氧化钙，钙矾石，单硫型水合铝酸钙水泥石的组成修订表明，s-demond的研究表明，在充分水合的水泥浆中，各种组成的质量比约为C-S-H凝胶的70%左右，约为Ca(OH)2的20%，钙矾石和单硫型水合硫铝酸钙等的约，需注意许多水泥浆47、(1) C-S-H凝胶、组成： C-S-H的Ca/Si比随着液相中的Ca(OH)2浓度的提高而增加。 48、此外，csh凝胶中还存在许多种类的其他离子。 几

16、乎所有的csh凝胶都含有相当数量的Al、Fe、s。 少量的Mg、k、Na等进入csh凝胶中，分别有Ti和Cl的痕迹。 此外，测量数据分散。 显示各粒子的组成不同，有相当明显的差异。 49、结构： C-S-H呈不定形胶体状，其结晶度极差，经过长时间结晶度也不怎么提高。 50、形态：水泥浆中csh凝胶呈各种形态。 在SEM观察示威的时候，发现了4种形态。 (1)纤维状粒子：称为型C-S-H，是水合初期从水泥粒子向外部放射生长的细长条状物质，长度约0.52m，宽度一般不足0.2m，通常前端有分支现象。 也可呈板状或卷箔状的片、棒状、管状等形态。 51、(2)网状粒子：称为型csh，呈相互链接的网状结构。 其构成单位也是长条状的粒子，截面积和模具一样，不过，每隔半m左右叉子打开，而且叉子角度相当大。 由于粒子间叉枝的交织，在交叉点互相生长，形成连续的三维空间网。 52、(3)等大粒子：称为型C-S-H，是小而不规则、三方尺寸大致相等的球状粒子，也有扁平皿状，一般为0.3 m以下。 可以认为是水合过程