硅酸盐水泥水化硬化及性能.ppt

第七节硅酸盐水泥的水化硬化及性能,第六章水泥,本节提要：,7.1熟料矿物的水化7.2硅酸盐水泥的水化7.3水泥石7.4硅酸盐水泥的性能,水化产物水化速率,水化速率（rateofhydration)是指单位时间内水泥的水化程度或水化深度。水化程度是指一定时间内已水化的水泥量与完全水化量的比值，以百分率表示。水化深度是指水泥颗粒外表面水化层的厚度，一般以微米表示。,硅酸盐水泥的水化和硬化,水泥用适量的水拌和后，形成能粘结砂石集料的可塑性泥浆，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，伴有水化放热、体积膨胀和强度增加。,本节导入：,硅酸盐水泥的性能,凝结时间、强度、水化热、泌水性、耐久性等。,7.1熟料矿物的水化7.1.1硅酸三钙的水化常温下水化反应式:3CaOSiO2+nH2O=xCaOSiO2yH2O+(3-x)Ca(OH)2简写为：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；C-S-H为水化硅酸钙凝胶，CH为氢氧化钙晶体。,水化时的C/S和H/S摩尔比在较大范围内变化。,C-S-H凝胶,其组成与它所处的液相Ca(OH)2浓度有关。,当溶液的CaO浓度小于1mmol/L时，生成氢氧化钙和硅酸凝胶；当溶液的CaO浓度为12mmol/L时，生成水化硅酸钙和硅酸凝胶；当溶液的CaO浓度为220mmol/L时，生成C/S为0.81.5的水化硅酸钙，组成（0.81.5)CaOSiO2（0.52.5)H2O，称C-S-H（）。当溶液的CaO浓度大于20mmol/L时，生成髙碱度C/S为1.52.0的水化硅酸钙，（1.52.0)CaOSiO2（14)H2O，称C-S-H（）。,7.1熟料矿物的水化7.1.1硅酸三钙的水化,薄片状,纤维状,硅酸三钙水化放热速率时间曲线为五个阶段：,诱导前期（初始水解期）；诱导期（静止期或潜伏期）；加速期；衰减期；稳定期。,7.1熟料矿物的水化7.1.1硅酸三钙的水化,C3S水化放热速率和Ca2+浓度变化曲线,诱导前期：初始水解，离子进入溶液诱导期：继续溶解，早期C-S-H形成加速期：水化产物形成与生长衰减期：水化产物继续生长，微结构发展稳定期：微结构逐渐密实,7.1熟料矿物的水化7.1.1硅酸三钙的水化,C2S的水化与C3S相似，但水化速度慢。常温下水化反应式:2CaOSiO2+mH2O=xCaOSiO2yH2O+(2-x)Ca(OH2)简写为：C2S+mH=C-S-H+(2-x)CH形成的水化硅酸钙在C/S和形貌与C3S水化产物都无大的区别。,7.1熟料矿物的水化7.1.2硅酸二钙的水化,铝酸三钙的水化迅速，放热快。常温下水化反应式:2(3CaOAl2O3)+27H2O=4CaOAl2O319H2O+2CaOAl2O38H2O简写为：2C3A+27H=C4AH19+C2AH8C4AH19在低于85相对湿度下会失去6个结晶水成C4AH13。C4AH13和C2AH8皆为六方片状晶体，常温下处于介稳状态，有向C3AH6等轴晶体转化的趋势，即：C4AH13+C2AH8=2C3AH6+9H上述反应随温度升高而加速，而C3A本身的水化热很高，所以极易按上式转化。,7.1熟料矿物的水化7.1.3铝酸三钙的水化,在液相CaO浓度达到饱和时，C3A还可能依下式水化：3CaOAl2O3+Ca(OH)2+12H2O=4CaOAl2O313H2O即C3A+CH+12H=C4AH13产生的C4AH13足以阻碍颗粒的相对移动，一般认为这是使浆体产生瞬时凝结的一个主要原因。,7.1熟料矿物的水化7.1.3铝酸三钙的水化,7.1熟料矿物的水化7.1.3铝酸三钙的水化,C3A的水化产物,在有石膏的情况下，C3A水化的最初基本反应是：3CaOAl2O3+3(CaSO42H2O)+26H2O=3CaOAl2O33CaSO432H2O即C3A+3CH2+26H=C3A3CH32,C3A3CH32,-钙矾石(ettringite)。由于其中的铝可被铁置换而成为含铝、铁的三硫型水化硫铝酸钙相。故常用AFt表示。,7.1熟料矿物的水化7.1.3铝酸三钙的水化,若石膏在铝酸三钙完全水化前耗尽，则钙矾石与铝酸三钙作用转化为单硫型水化硫铝酸钙（AFm)。C3A3CSH32+2C3A+4H=3(C3ACSH12)若石膏掺量极少，在所有矾钙石转变成单硫型水化硫铝酸钙后，还有硅酸三钙，那就形成C3ACSH12和C4AH13的固溶体。,7.1熟料矿物的水化7.1.3铝酸三钙的水化,铁相固溶体的水化，以C4AF为代表，也可用Fss表示。水化较C3A略慢，水化热较少，单独水化时不会引起快凝。水化过程与C3A相似：C4AF4CH+22H=2C4(A,F)H13在20以上，六方片状C4(A,F)H13要转变成C3(A,F)H6。当温度高于50时，C4AF直接水化成C3(A,F)H6。掺有石膏时水化反应与C3A大致相同。当石膏充分时，形成铁置换过的矾钙石固溶体C3(A,F)3CSH32。而石膏不足时，则形成单硫型固溶体。同样有两种晶型转化过程，在石灰饱和溶液中，石膏使放热缓慢。,7.1熟料矿物的水化7.1.4铁相固溶体的水化,硅酸盐水泥由多种熟料矿物和石膏组成，加水后石膏要溶解于水，水泥粒子立即与水反应发生溶解，使纯水立即变为含有多种离子的溶液。水泥的主要水化产物是氢氧化钙(20%)、C-S-H凝胶(50%)、水化硫铝酸钙、水化硫铝（铁）酸钙、水化铝酸钙及水化铁酸钙等。水泥水化过程简单分为三个阶段：钙矾石形成期、C3S水化期和结构形成和发展期。,7.2硅酸盐水泥的水化,7.2硅酸盐水泥的水化,水化产物的基本特征,7.2硅酸盐水泥的水化7.2.1硅酸盐水泥的水化过程,钙矾石形成期C3S水化期结构形成和发展期,（1）熟料的矿物组成四种矿物的水化速率顺序为：C3AC3SC4AFC2S（2）水灰比水灰比大则水泥颗粒能高度分散，水与水泥接触面大，因此水化率快。但水灰比大，占空间大，水泥凝结慢，强度低。（3）细度水泥越细，与水接触面大水化快。细度细，晶格缺陷多利于水化。过细，早期强度提高，对后期强度没益处。认为粒径小于40m，水化活性较高，技术经济合理。,7.2硅酸盐水泥的水化7.2.2影响水化的因素,（5）外加剂常用外加剂(admixture)有促凝剂、促硬剂、延缓剂等。绝大多数无机电解质都有促进水泥水化的作用。如CaCl2增加Ca2+浓度，加快氢氧化钙结晶，缩短诱导期。大多数有机外加剂对水化有延缓作用，最常使用的是各种木质素磺酸盐。,（4）养护温度水泥水化反应也遵循一般的化学反应规律，温度提高，水化加快，特别对水泥早期水化速率影响更大，但水化程度的差别到后期逐渐减小。,7.2硅酸盐水泥的水化7.2.2影响水化的因素,硬化水泥浆体是一个非均质的多相体系，由各种水化产物和残存熟料所构成的固体，以及存在于孔隙中的水和空气所组成，是固液气三相多孔体。它具有一定的机械强度和孔隙率，外观和其它性能与天然石材相似，所以通常称作水泥石。,7.3水泥石,水泥石（hardenedcementpaste),7.3水泥石7.3.1水泥石中的孔,水泥石是一个多相多孔体系，因而水泥石内部固相表面的性质及