10.4 硅酸盐水泥的水化和硬化.ppt

一、水泥熟料矿物的水化过程 水泥的水化：一种物质从无水状态变为含水状态或从含水少的状态变为含水多的状态。 类型： 1、原物质不含水，与水作用后，变为含水化合物。 2、原物质本身含一定量的水，与水作用后，变为含水多的物质。 3、水解反应（加水分解） 1.水泥熟料矿物的水化原因 内因：熟料单体矿物及熟料颗粒结构不稳定。 外因：加入极性分子，可使熟料中的离子配位改变重排。 2.C3S的水化 C3S的水化是放热反应，其水化速度很快，通过对C3S在不同时期的水化放热速率的研究，得到C3S的水化放热速率-时间曲线，如图所示。C3S的水化过程划分成五个阶段：初始期、诱导期、加速期、衰退期、稳定期。 2.C3S的水化 （1）诱导前期 加水后立即发生急剧反应并迅速放热，Ca 2+离子和OH－离子迅速进入溶液。但该阶段持续时间很短，一般在十几分钟到几十分钟即结束 （2）诱导期 这一阶段反应速率极其缓慢，又称为静止期或潜伏其。一般持续约2~4h，硅酸盐水泥浆体在此时保持塑性其Ca 2+离子和OH－离子浓度缓慢增长，在诱导期结束前达到过饱和状态，诱导期结束即达到初凝。 （3）加速期 反应重新加快，水化速率随时间延长而增大，出现第二个放热峰，在峰顶达到最大反应速率时本阶段时即告结束，持续约4~8h，此时终凝已过，Ca(OH)2结晶出来，C—S—H沉淀在水填充的孔隙中，开始早期硬化。 2.C3S的水化 （4）减速期 反应速率随时间延长而下降，持续约12~24h。由于水化产物Ca(OH)2和C—S—H不断结晶沉淀出来而在C3S表面形成包裹层，故水化作用逐渐受扩散速率控制而减慢。 （5）稳定期 反应速率很低，基本处于稳定的阶段，水化完全受扩散速率控制，直到水化结束。 总结，在水化初期，反应非常迅速，但反应速率很快变得相当缓慢，而进入诱导期；在诱导期结束时水化才重新加速，生成较多的水化产物；然后，水化速率随时间增长而逐渐下降，一直到水化结束。 3.C2S的水化 硅酸二钙也是硅酸盐水泥熟料中的主要矿物组分之一，约占20%，常以β--C2S形式存在。β-- C2S的水化过程与水化产物和C3S极为相似，也有诱导期、加速期等。但其水化速率比C3S要慢得多，约为C3S的1/20左右。在几十小时才达到加速期，即使几个星期也只在表面形成一薄层无定形的C—S—H，大部分水化反应在28天以后进行，在1年以后仍然有明显的水化。 水化特征：水化反应很快，几分钟内开始快速反应，数小时就完全水化，而且放出大量热，掺有石膏时，反应则在延缓几小时后，再加速水化。 影响水化反应的因素：水灰比；溶液中Al2O3的浓度；水化温度。 水化产物：常温下的水化产物有 C4AF的水化与C3A相似。 加水后首先形成水化硫铝酸盐和水化铁铝酸盐的固溶体： 3CaO · (Al2O3 · Fe2O3 ) · 3 CaSO4· 32 H2O但形成速度比AFt慢； 当石膏量不足时，形成3CaO · (Al2O3 · Fe2O3 ) · CaSO4 · 32 H2O； 如石膏耗尽则形成C3(A·F)H6 C3S、C2S的水化：基本上不受石膏的影响，与单矿物的水化基本一致，水化产物为C-S-H与Ca(OH)2 石膏的掺入主要是改变了C3A 、C4AF的水化 6.玻璃体及其它矿物的水化 玻璃体的水化：玻璃体中的主要成分为CaO 、Al2O3 、Fe2O3，所以它的水化产物为C3AH6— C3FH6之间的固溶体，由于在玻璃体内含有少量的SiO2，MgO等，所以有部分水分子可能被SiO2代替，生成更复杂的固溶体水化石榴子石。温度越高，代替越多。 f- CaO : CaO +H2O = Ca(OH)2 f-MgO: MgO+H2O = Mg(OH)2 二、硅酸盐水泥的水化 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。 熟料解体——水化——水化产物凝聚——水泥石 水化过程 1.水化反应 水泥和水后，首先石膏迅速溶于水中，C3A立即发生反应，C4AF 、C3S 也同时发生水化，但水化产物不是C-A-H，而是C3A与石膏反应： 石膏充足时，生成三硫