水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化.ppt

硅酸盐水泥的水化和硬化 　　水泥用适量的水拌合后，形成能砂石集料的可塑性浆体，随后逐渐失去塑性而凝结硬化为具有一定强度的石状体。同时，还伴随着水化放热、体积变化和强度增长等现象，这说明水泥拌水后产生了一系列复杂的物理、化学和物理化学的变化。 硅酸盐水泥的水化和硬化 　　水泥加水以后为什么可以凝结硬化？ 硅酸盐水泥的水化和硬化 　　水化速度与矿物水化快慢有关； 　　强度与浆体结构形成有关。 　　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，浆体的强度逐渐提高并变成坚硬的石状固体（水泥石），这一过程称为硬化。 硅酸盐水泥的水化和硬化 　　为了更好地应用水泥，必须了解水化硬化过程的机理，以便控制和改善水泥性能。但由于水泥熟料是多矿物的集合体，与水的作用比较复杂，因而通常先研究水泥单矿物的水化，然后再研究水泥总的水化和硬化过程。 各矿物与水的作用，称为“一次水化作用” 水化物之间的相互作用称“二次水化作用” 在水泥的水化过程中，一次作用、二次作用是交织在一起进行的。 1 熟料单矿物的水化 　　一、硅酸三钙 　　占50%左右，高达60%，所以硬化水泥浆体的性能很大程度上取决于C3S的水化作用、产物及所形成的结构。 　　1．水化反应方程式 3CaO·SiO2 + nH2O == xCaO·SiO2·yH2O + (3-x)Ca(OH)2 C3S + nH == C-S-H + (3-x)CH 　　2．水化产物： 　　水化硅酸钙(组成不定，C/S、H/S比均在较大范围内变动，其组成与所处的液相的CH浓度有关)、氢氧化钙。 1 熟料单矿物的水化 　　一、硅酸三钙 　　3．水化放热速率和Ca2+浓度变化曲线： 1 熟料单矿物的水化 　　一、硅酸三钙 　　4．水化过程 　　根据水化放热 速率-时间曲线， 可分为五个阶段。 　　①．诱导前期： 　　②．诱导期： ③．加速期： 　　④．减速期： ⑤．稳定期： ①②----水化早期 ③④----水化中期 ⑤----水化后期 1 熟料单矿物的水化 　　5．诱导期产生和结束的假说(C3S的早期水化) 　　(1) 保护层理论：C3S一致溶早期水化产物形成保护层→进入诱导期，保护层破裂→诱导期结束。 (2) 延迟成核理论：不一致溶，认为诱导期是由于CH或C-S-H的晶核的形成和生长都需要一定的时间，从而使水化延缓所致。 (3) 晶格缺陷理论：晶格缺陷的类别和数量是决定诱导期长短的主要因素。 (4) 综合性假说 1 熟料单矿物的水化 　　6．C3S的中期水化 　　在加速期，伴随着CH和C-S-H的形成和长大，液相中的CH和C-S-H的过饱和度降低，又会相应地使CH和C-S-H的生长速度变慢。随着水化产物在颗粒周围的形成，C3S的水化也受到阻碍。因而，水化加速过程逐渐转入减速期。 　　早期水化产物，大部分在颗粒原始周界以外由水所填充的空间----这部分C-S-H称外部产物。 　　后期的生长则在颗粒原始周界以内的区域形成----内部产物。 　　随着内部产物的形成和发展，C3S的水化即由减速期向稳定期转变。 1 熟料单矿物的水化 　　7．C3S的后期水化 　　泰勒认为：水化过程中存在一个界面区，并逐渐向颗粒内部推进，H2O离解成的H+在内部产物中从一个氧原子(或水分子)转移到另一个氧原子，一直到达C3S界面并与之作用；而界面区内部分Ca2+和Si4+则通过内部产物向外迁移，转入CH和外部C-S-H。因此，界面内是得到H+，失去Ca2+和Si4+，原子重新排组，从而使C3S转化成内部C-S-H。如此，随着界面区向内推进，水化继续进行。由于空间限制及离子浓度变化，内部C-S-H在形貌和成分等方面与外部C-S-H会有所不同，通常是较为密实。 1 熟料单矿物的水化 　　8．C3S水化各阶段的化学过程和动力学过程 1 熟料单矿物的水化 　　二、硅酸二钙 　　1．水化反应方程式 2CaO·SiO2 + mH2O == xCaO·SiO2·yH2O + (2-x)Ca(OH)2 C2S + mH == C-S-H + (2-x)CH 1 熟料单矿物的水化 　　二、硅酸二钙 　　2．水化机理 　　①．和C3S相似，也有诱导期、加速期等。但水化速度慢，约为C3S的1/20，β-C2S即使在几周后也只在表面上覆盖一层很薄的无定形水化硅酸钙。 　　②．第二放热峰不明显。水化产物C-S-H形貌与C3S相似，但CH晶体比C3S少，有利于强度发展。 　　③．β-C2S水化过程中水化产物的成核和晶体长大速率与