水泥水化及硬化机理

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1、第八章硅酸盐水泥的水化与硬化补充：◆熟料矿物水化的原因·熟料矿物结构不稳定。造成熟料矿物结构不稳定的原因是：⑴熟料烧成后快速冷却，使其保留了介稳状态的高温型晶体结构；⑵熟料中的矿物不是纯的C3S和C2S，而是Alite和Belite等有限固溶体；⑶微量元素的掺杂使晶格排列的规律性受到某种程度的影响。·熟料矿物中钙离子的氧离子配位不规则。◆水泥的水化、凝结、硬化水化－物质由无水状态变为有水状态，由低含水变为高含水，统称为水化。凝结－水泥加水拌和初期形成具有可塑性的浆体，然后逐渐变稠并失去可塑性的过程称为凝结。硬化－此后，浆体的强度逐

2、渐提高并变成坚硬的石状固体（水泥石），这一过程称为硬化。§7.1熟料矿物的水化一.C3S的水化1、常温下的水化反应3CaO.SiO2+nH2O=xCaO.SiO2.yH2O+(3-x)Ca(OH)2简写为：C3S+nH=C-S-H+(3-x)CH水化产物：水化硅酸钙（也称C-S-H凝胶）和氢氧化钙。水化产物C-S-H的组成是不定的，其CaO/SiO2比与所处的溶液的Ca(OH)2浓度有关：·〔CaO〕﹤1mmol/l，Ca(OH)2硅酸凝胶·〔CaO〕﹤1-2mmol/l，C-S-H硅酸凝胶·〔CaO〕﹤2-20mmol/l，C/

3、S比为（0.8-1.5）C-S-H，称为C-S-H（Ⅰ）·〔CaO〕达饱和﹥20mmol/l，C/S比为（1.5-2.0）C-S-H，称为C-S-H（Ⅱ）2.C3S水化过程Ⅰ：诱导前期（时间：15分钟）反应：激烈—第一个放热峰，钙离子浓度迅速提高浆体状态：是具有流动性（Ca(OH)2没有饱和）Ⅱ：诱导期又称静止期（时间：2—4小时）反应：极慢——放热底谷：钙离子浓度增高慢浆体状态：Ca(OH)2达饱和：此间：具有流动性，结束：失去流动性，达初凝Ⅲ：加速期（时间：4~8小时）反应：又加快——第二放热高峰浆体状态：Ca(OH)2过饱和

4、最高：生成Ca(OH)2、填充空隙、中期：失去可塑性、达终凝，后期：开始硬化Ⅳ：减速期（时间：12—24小时）反应：随时间的增长而下降原因：在C3S表面包裹产物—阻碍水化。Ⅴ:稳定期反应：很慢—基本稳定（只到水化结束）原因：产物层厚：水很少—产物扩散困难。◆诱导期的本质保护膜理论晶核形成延缓理论晶格缺陷的类别和数量是决定诱导期长短的主要因素二.C2S水化C2S的水化过程与C3S相似，也有静止期，加速期等，但水化速率很慢约为C3S的1/20水化反应：C2S+mH→C-S-H+（2-X）CH水化产物：生成C-S-H和Ca(OH)2三.

5、C3A水化：水化迅速，其水化产物的组成与结构受溶液中CaO、Al2O3离子浓度和温度的影响很大。1、C3A单独水化常温：C3A+27H→C4AH19+C2AH8相对湿度﹤85﹪时C4AH19→C4AH13+6HC4AH13+C2AH8→C3AH6+9H2OT﹥35℃：C3A+6H2O→C3AH6特点：水化速度快→水化热多→T升高→反应速度极快→急凝→很快失去流动性2.C3A在液相CaO浓度达饱和时C3A+CH+12H→C4AH13瞬凝原因：水泥颗粒表面形成大量C4AH13，其数量迅速增多，足以阻碍粒子的相对运动。3.在石膏存在条件

6、下的水化·石膏（充足）、CaO同时存在时C3A+CH+12H→C4AH13C4AH13+3CSH2+14H→C3A·3CS·H32+CH（三硫型水化硫铝酸钙Aft，又称钙矾石）·C3A未完全水化而石膏已经耗尽时2C4AH13+C3A·3CS·H32→3C3A·CS·H12+CH+20H(单硫型水化硫铝酸钙Afm)·石膏掺量极少，所有的Aft都转化为Afm还有C3A剩余C3A·CS·H12+C3A+CH+12H→2C3A（CS·CH）H12四.铁相固溶体的水化比C3A水化慢，单独水化，也不会急凝，其水化反应和产物与C3A相似。1.无

7、石膏时，在Ca(OH)2环境水化常温：C4AF+4CH+22H→2C4（A·F）H13T＞50℃：C4AF+6H→C3（A·F）H62.有石膏存在时C4AF+2CH+6CSH2+50H→2C3(A·F)·3CS·H323.石膏不足时2C4(A·F)·H13+C3(A·F)·3CS·H32→3C3(A·F)·CS·H12+2CH+20H§7.2硅酸盐水泥的水化一.水化反应体系的特点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，并且还会有K+、Na+等离子。熟料首先在此种溶液中解体，分散，悬浮在液相中，各单体

8、矿物进行水化，水化产物彼此间又化合，之后水化产物凝结、硬化，发挥强度，因此，水化过程实际上就是熟料解体——水化——水化产物凝聚——水泥石。开始是解体、水化占主导作用，以后是凝聚占主导作用。二.水化反应及水化产物1.水化反应简图如下：综上所述，水泥的