硅酸盐水泥的水化与硬化 水泥工艺学.ppt

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1、§7硅酸盐水泥的水化与硬化§7.1熟料矿物的水化一、硅酸三钙1.C3S的水化反应3CaO·SiO2+nH2O=xCaO·SiO2·yH2O+（3-x）Ca(OH)2即:C3S+nH=C-S-H+（3-x)CH式中x——表示钙硅比（C/S）n——表示结合水量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]：0.112～1.12g/l时，C-S-H（Ⅰ）(0.8～1.5)CaO·SiO2·(0.5～2.5)H2O[CaO]>1.12g/l时，C-S-H（Ⅱ）(1.5～2.0)CaO·SiO2·(1～4

2、)H2O⑵CH（氢氧化钙）特点：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。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。⑵诱导期:反应极其缓慢，又称静止期。一般持续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。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。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。⑸

3、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。二、硅酸二钙β型硅酸二钙的水化过程和C3S极为相似，β-C2S的水化反应可采用下式表示:2CaO·SiO2+mH2O=xCaO·SiO2·yH2O+(2-x)Ca(OH)2即:C2S十mH=C-S-H+(2-x)CH与硅酸三钙水化相似，区别在于：1、水化速率为硅酸三钙的1/20；2、水化形成的Ca(OH)2、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硅酸三钙影响而水化加快。三、铝酸三钙在常温下:2C3A+27H=C4AH19+C2AH8C4AH19在低于

4、85%的相对湿度时，即失去6摩尔的结晶水而成为C4AH13。C4AH19、C4AH13和C2AH8均为六方片状晶体，在常温下处于介稳状态，有向C3AH6等轴晶体转化的趋势。在液相的氧化钙浓度达到饱和时，C3A+CH+12H=C4AH13在硅酸盐水泥浆体的碱性液相中最易发生；处于碱性介质中的C4AH13在室温下能够稳定存在，其数量迅速增多，就足以阻碍粒子的相对移动，使浆体产生瞬时凝结。在水泥粉磨时通常都掺有石膏进行缓凝。在石膏、氧化钙同时存在的条件下：C4AH13+3CH2+14H=+CH所形成的三硫型水化硫铝酸钙，又称钙矾石。由于其中的铝可

5、被铁置换而成为含铝、铁的三硫酸盐相，故常以AFt表示。钙矾石不溶于碱溶液而在C3A表面沉淀形成致密的保护层，阻碍了水与C3A进一步反应，因此降低了水化速度，避免了急凝。当C3A尚未完全水化而石膏已经耗尽时：C3A水化所成的C4AH13又能与先前形成的钙矾石依下式反应，生成单硫型水化硫铝酸钙（AFm）+2C4AH13=3+2CH+20HC3A的水化产物CaSO4·2H2O/C3A（摩尔比）水化产物3.0AFt1.0～3.0AFt+AFm1.0AFm<1.0单硫型固溶体0水石榴石C3AH6四、铁相固溶体铁铝酸钙的水化反应及其产物与C3A极为相似

6、。氧化铁基本上起着与氧化铝相同的作用，也就是在水化产物中铁置换部分铝，形成水化硫铝酸钙和水化硫铁酸钙的固溶体，或者水化铝酸钙和水化铁酸钙的固溶体。§7.2硅酸盐水泥的水化一、水化过程第三个峰：水泥中硫酸盐含量一般不足以将全部C3A转化为AFt相，因而剩余的C3A与AFt相将转化为AFm即单硫酸盐相。第一个峰：AFt相的形成第二个峰：相当于C3S的水化二、影响水泥水化的因素1.水泥矿物组成和晶体结构2.水泥细度和水灰比水泥粉磨得越细，比表面积就越大，与水接触的面积也越大，在其他条件相同的情况下，水化反应就会越快；水灰比在一定范围内变化时，适当

7、增大水灰比，可以增大水化反应的接触面积，使水化速度加快。3.温度4.外加剂促凝剂、早强剂、缓凝剂等§7.3硬化水泥浆体一、浆体结构的形成和发展第一阶段：大约从水泥加水起到初凝为止。C3S和水迅速反应生成Ca(OH)2过饱和溶液，并析出Ca(OH)2晶体。同时石膏也很快进入溶液与C3A和C4AF反应，生成细小的钙矾石晶体。在这一阶段，由于生成的产物层阻碍了反应进一步进行，同时，水化产物尺寸细小，数量又少，不足以在颗粒间架桥连接形成网络状结构，水泥浆体仍呈塑性状态。第二阶段：大约从初凝到加水24h为止。水泥水化开始加速，生成较多的Ca(OH)2

8、和钙矾石晶体，同时水泥颗粒上升开始长出纤维状的C-S-H。由于钙矾石晶体的长大和C-S-H的大量形成、增长而相互交错连接成网状结构，水泥开始凝结，随网状结构不断加强，强度也相应增