硅酸盐水泥的水化硬化与性能

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1、第六章硅酸盐水泥的水化硬化与性能16.1熟料矿物的水化水化－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。分为初凝和终凝。开始失去塑性，为初凝。开始具有强度为终凝。硬化－此后，浆体的强度逐渐提高并变成坚硬的石状固体（水泥石），这一过程称为硬化。26.1熟料矿物的水化研究硅酸盐水泥的水化主要考虑两个方面的问题:一是水化产物;二是水化速率。水化速率（Rateofhydration）是指单位时间内的水化程度和深度。水化程度是指在一定时间内水泥发生水化作用的量和完全水化量的比值，以百分率表示。水化深

2、度是指水泥颗粒外表面水化层的厚度，一般以微米(μm)表示。36.1熟料矿物的水化一、硅酸三钙（CS）的水化反应3在水泥熟料中的含量约占50%，有时高达60%，因此，它的水化作用、水化产物及其所形成的结构对硬化水泥浆体的性能有很重要的影响。3CaO·SiO+nHO=xCaO·SiO·yHO+（3-x）Ca(OH)22222即:CS+nH=C-S-H+（3-x)CH3式中x——表示钙硅比（C/S）n——表示结合水量6.1熟料矿物的水化1、水化产物⑴C-S-H（水化硅酸钙）特点：凝胶（非晶体），水泥石强度主要提供物质；组成不固定：[CaO]：＜1.12g/l（2mmol/l）时，C-S-H（Ⅰ

3、）(0.8～1.5)CaO·SiO·(0.5～2.5)HO22薄片状结构[CaO]>1.12g/l（2mmol/l）时，C-S-H（Ⅱ）(1.5～2.0)CaO·SiO·(1～4)HO22纤维状结构Ⅰ型C-S-H凝胶SEM显微照相Ⅱ型C-S-H凝胶SEM显微照相66.1熟料矿物的水化⑵CH（氢氧化钙）（片状、板状）较粗大晶体，造成水泥石强度下降；维持水泥石体系较高碱度，稳定C-S-H；可作为火山灰质等混合材的碱性激发剂。86.1熟料矿物的水化2、水化过程⑴诱导前期急剧反应，出现第一个放热峰，时间很短，在15min以内结束。6.1熟料矿物的水化⑵诱导期反应极其缓慢，又称静止期。一般持

4、续1～4ｈ，是硅酸盐水泥浆体能在几小时内保持塑性的原因。初凝时间基本上相当于诱导期的结束。6.1熟料矿物的水化⑶加速期反应重新加快，出现第二个放热峰，到达峰顶时本阶段即告结束(4～8h)。此时终凝已过，开始硬化。6.1熟料矿物的水化⑷减速期反应速率随时间下降的阶段，约持续12～24h，水化作用逐渐受扩散速率的控制。6.1熟料矿物的水化⑸稳定期反应速率很低、基本稳定的阶段，水化作用完全受扩散速率控制。6.1熟料矿物的水化早期水化机理最初的溶解为不一致溶解，即Ca2+和OH-会迅速进人到溶液中，而CS表面则留有一富硅层。随3后溶液中的Ca2+离子又会被带负电的富硅层所吸附，形成双电层。随着双

5、电层的形成，CS的溶解变慢，导致诱导期3开始。但在此阶段CS仍缓慢溶解，以生成富有ca2+和OH3一离子的溶液。由于溶液中硅酸根离子的存在，对CH的析晶具有抑制作用，因此，CH晶核形成过程被延迟，只有当溶液中建立了充分的过饱和度时，才能形成稳定的CH晶核。当CH晶核达到一定尺寸，并有足够的数量，液相中的Ca2+与OH一形成CH，溶解加速，诱导期结束，加速期开始。146.1熟料矿物的水化在加速期的开始，伴随着CH及C-S-H晶核的形成和长大，液相中CH和C-S-H的过饱和度降低，它反过来又会使C-S-H和CH的生长速率逐渐变慢。随着水化物在颗粒周围的形成，CS的水化作用也受到阻碍，因而，水

6、化从加3速过程又逐渐转向减速过程。一些研究表明，最初生成的水化产物大部分生长在CS粒子原始周界以外的原来的充3水空间之中，它们称之为“外部水化物”。后期水化所形成的产物，则大部分生长在CS粒子原始周界以内，故称3之为“内部水化物”。随着“内部水化物”的形成和发展，CS的水化由减速期向稳定期转变。3156.1熟料矿物的水化6.1熟料矿物的水化二、硅酸二钙（CS）的水化反应2β-CS的水化过程和CS极为相似，可采用下式表示:232CaO·SiO+mHO=xCaO·SiO·yHO+(2-x)Ca(OH)22222即:CS十mH=C-S-H+(2-x)CH2水化硅酸钙在C/S和形貌方面与CS水化

7、生成的都无大3区别，故也称C-S-H凝胶。区别在于：水化速率为CS的1/20；3水化形成的CH、C-S-H结晶困难，单独水化速度极慢，但是在硅酸盐水泥水化时受到CS影响而水化加快。3CH生成量比CS少，结晶也比CS的粗大些。336.1熟料矿物的水化三、铝酸三钙（CA）的水化反应3CA与水反应迅速，放热快，其水化产物组成和结构3受液相Ca0浓度和温度的影响很大。常温时其水化反应依下式进行：2CA+27H=CAH+CAH34192