硅酸盐工艺学课件：第六章 硅酸盐水泥的水化与硬化.pptx

第六章硅酸盐水泥的水化与硬化

》水泥熟料单矿物的水化

硅酸盐水泥的水化

水化速率

硬化水泥浆体

·水泥用适量的水拌和后，形成能粘结砂

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。在此过程中，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、化学变化。

·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的性能。

·由于水泥熟料是多种矿物的集合体，与水的作用比较复杂，因此先分析水泥单矿物的水化反应，然后再探讨水泥总的

水化硬化过程。

熟料矿物水化的原因

口硅酸盐水泥熟料矿物结构的不稳定性

熟料烧成后的快速冷却，保留了高温介稳状态的晶体结构

工业熟料中的矿物不是纯的C₃S、C₂S等，而是Alite和Belite等有限固溶体

微量元素的固溶使晶格排列的规律性受到影响

口熟料矿物中钙离子\氧离子配位不规则，晶体结构有“空洞”,易于水化反应。

C₃S:结构中钙离子的配位数为6,但配位不规则，有5个氧离子在一侧，另一侧只有1个氧离子，在氧离子少的一个形成“空洞”,使水容易进入发生反应；

β-C₂S:钙离子的配位数有一半是6,一半是8,其中氧离子与钙离子的距离不等，配位不规则，

结构不稳定，可以水化，但速度较慢。

C₃A:铝的配位数为4和6,而钙离子的配位数为6和9,配位数为9的钙离子周围的氧离子排列极不规则，距离不等，结构有巨大的“空洞”,故水化较快。

C₄AF:结构也有“空洞”,也较易水化。

y-C₂S:几乎是惰性的，钙离子的配位数为

6,6个氧离子等距离地排列在钙离子的周围，形成八面体，结构无“空洞”,无水硬性。

6.1水泥熟料单矿物的水化

口硅酸三钙的水化

硅酸三钙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、

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。

西什

·在常温下，C₃S水化方程式：

3CaO·SiO₂+nH₂O=xCaO·SiO₂·yH₂O+(3-x)Ca(OH)₂简写为：C₃S+nH=C-S-H+(3-x)CH

上式表明，其水化产物为C-S-H凝胶和氢氧化钙，C-

S-H有时也被笼统地称之为水化硅酸钙，它的组成不

定(其字母之间的横线就表示组成不定),其Ca0/

SiO₂分子比(简写成C/S)和H₂O/SiO₂分子比(简写为H/S)都在较大范围内变动。

事尔比

水化产物为C-S-H凝胶的组成与它所处液相Ca(OH)₂浓度有关

1.0

0.8

0.20.30.40.50.60.7

W/S比

图8-2水固比对C-S-H凝胶C/S、H/S比的

影响(浆体龄期在6个月以上)

西行技

溶液中CaO的浓度(mmo[/L)

图8-1水化硅酸钙与溶液间的平衡

[.8-

1.5

1.4

1.2

C/S

14S

H/S比,C/S比

2.2

2.0

IWV

若干天

Ⅲ

若干小时

水化时间

西什

11l

几十分钟

图4-12C₃S水化放热速率和Ca²+浓度变化曲线

C₃S水化放热速率和Ca²+浓度变化曲线

C₃S的水化过程

放热速率

Ca?

浓度(mmol/L)

I.诱导前期：加水后急剧反应迅速放热，Ca²+和OH-

迅速从C₃S表面释放，几分钟内PH上升大于12,溶液具有强碱性，此阶段在15min内结束。

Ⅱ.诱导期：水化反应速率极其缓慢，一般持续2-4h,

又称静止期或潜伏期，此时水泥浆体保持塑性，初凝时间基本上等于诱导期结束。

ⅢI.加速期：反应重新加快，反应速率随时间而增长，出现第二个放热峰，到达峰顶时该阶段结束。时间4-8h,

此时终凝已过，开始硬化。

IV.减速期：反应速率随时间下降的阶段，持续约12-24h,

水化产物CH和C-S-H从溶液中结晶出来，包裹在C₃S表

面，故水化作用受水通过产物层的扩散速率控制。

V.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。

将诱导前期和诱导期合并称为水化早期，加速期和减速期为水化中期，而稳定期则称为水化后期。

(1)C₃S的早期水化(综合观点)

口当C₃S与水接触后，在C₃S表面有晶格缺陷的部位即活化

点上很快发生水解，使Ca²+和OH-进入溶液，而在C₃S表面形成缺钙“富硅层”,接着，Ca²+吸附到“富硅层”表面形

成双电层，导致C₃S溶解受阻产生诱导期。另外，