硅酸盐水泥的水化和硬化课件

水化:水泥熟料矿物的水合反应凝结：水泥加水拌和后，成为可塑的浆体，逐渐变稠，失去塑性，但尚不具有强度的过程。硬化：随后产生明显的强度，并逐渐发展而成为坚硬的人造石。9硅酸盐水泥的水化和硬化水化:水泥熟料矿物的水合反应9硅酸盐水泥的水化和硬化1一、熟料单矿物的水化C3S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、水化产物及其形成的结构，对硬化水泥浆体的性能有很重要的影响。C3S的水化产物为C-S-H和Ca2(OH)水化反应C3S的水化:一、熟料单矿物的水化C3S在水泥熟料中的含量约占50%，有2CxSHy：水化硅酸钙，不同条件下，x、y不同。水化产物组成不固定，C/S在较大范围内变动。当C/S在0.8-1.5变动时，生成的C-S-H凝胶称为（Ⅰ）型；当C/S在1.5-2.0变动时，生成的C-S-H凝胶称为（Ⅱ）型。完全水化时：

C-S-H凝胶的组成与它所处的溶液中的CaO浓度有关，C-S-H在一定的碱度下才能存在,如2-2-3图所示：CxSHy：水化硅酸钙，不同条件下，x、y不同。水化产物组成3下表是对上图的总结:CaO浓度g/l0.06-0.110.11-1.12>1.12CaO摩尔浓度mol/l1-22-20>20C/S<10.8-1.51.5-2水化产物水化硅酸钙和硅酸凝胶C-S-H(Ⅰ)C-S-H(Ⅱ)定义：水化硅酸钙凝胶体（C-S-H）组成:不固定，随钙硅比和水硅比变化结构：微晶，尺寸接近于胶体范畴；形貌：纤维状，网络状，等大粒子，内部产物；CH：晶体，层状，六方板状，生长在孔洞之间。下表是对上图的总结:CaO浓度g/l0.06-0.114C3S水化历程:五个阶段:起始期15minPH=12急剧诱导期（静止期）——使硅酸盐水泥保持塑性的原因；

2-4h诱导期结束的时间，即初凝时间。加速期（4-8h）C-S-H和Ca(OH)2大量形成，达到终凝。减速期（12-24h）稳定期受扩散控制C3S水化历程:五个阶段:5C3S水化放热速率和Ca2+浓度变化曲线解释诱导期结束及加速期开始的理论：保护膜理论；延缓结晶理论；综合理论要点。C3S水化放热速率和Ca2+浓度变化曲线解释诱导期结束及6（二）C2S的水化

形成的CH少，水化速度慢，相当于C3S水化速度的1/20。28天C3S提供早期强度，3个月后，C2S提供后期强度，使强度不断增长。完全水化式（三）C3A的水化水化速度非常快水化特点：水化速度极快；对温度非常敏感，温度不同时水化模式不同，具有多色性；不加石膏缓凝剂时，会产生急凝。在常温下，其水化反应为：（二）C2S的水化形成的CH少，水化速度慢，相当于C3S水7C4AH19在低于85%的相对湿度下会失会6个结晶水分子而成为C4AH13。C4AH19、C4AH13和C2AH8都是片状晶体，常温下处于介稳状态，有向C3AH6等轴晶体转化的趋势。在常温下，其水化反应为：上述反应随温度升高而加速。在T>350C时，C3A会直接生成C3AH6：C4AH19在低于85%的相对湿度下会失会6个结晶水分子而在8硅酸盐水泥的水化和硬化课件9C3A的水化产物C3A的水化产物10

C3AH6的空间构造能力差，使得强度下降；C4AH19和C2AH8转化为C3AH6,析水过程使孔隙大大增加。因此不希望上述反应发生。在硅酸盐水泥浆体的碱性液相中，CaO浓度往往达到饱和或过饱和，因此可能产生较多的六方片状C4AH13，足以阻碍粒子的相对移动，这就是使浆体产生瞬间凝结的一个主要原因。在有石膏的情况下，C3A水化的最终产物与石膏掺入量有关。其最初的基本反应是：C3AH6的空间构造能力差，使得强度下降；11所形成的三硫型水化硫铝酸钙，称为钙矾石。其中的铝可被铁置换而成为含铝、铁的三硫型水化硫铝酸盐相。故常用Aft表示。若SO3在C3A完全水化前耗尽，则钙矾石与C3A作用转化为单硫型水化硫铝酸钙（Afm）若石膏极少，在所有钙矾石转变成单硫型水化硫铝酸钙后，还有C3A，那就形成和C4AH13的固溶体。所形成的三硫型水化硫铝酸钙，称为钙矾石。其中的铝可被若SO312石膏的存在延缓了C3A的水化石膏的存在延缓了C3A的水化13（四）铁相固溶体（C4AF）的水化

水化速率比C3A低。其水化产物与C3A很相似。相当于C3A中一部分氧化铝被氧化铁所置换，生成水化铝酸钙和水化铁酸钙的固溶体。在20℃以上，六方片状的C4(A，F)H13要转变成C3(A，F)H6。当温度高于30℃时，C4AF直接水化生成C3(A，F)H6。掺有石膏时的反应也与C3A大致相同。（四）铁相固溶体（C4AF）的水化水化速率比C3A低。其水14C4AF的水化放热曲线与C3A的也很相似，但早期水化受石膏

的延缓更为明显；在氢氧化钙饱和溶液中，石膏能使其放热速率变得极为缓慢。如下图所示。C4AF的水化放热曲线与C3A的也很相似，但早期水化受石膏

15二、硅酸盐水泥的水化

硅酸盐水泥的水化过程二、硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥的水化过程16硅酸盐水泥的水化放热曲线如图2-2-6所示。水泥的水化过程简单地划分为三个阶段：1、钙矾石形成期；2、C3S水化期；3、结构形成和发展期。硅酸盐水泥的水化放热曲线如图2-2-6所示。水泥的水化过程简17三、水化速率：水化程度а:是指一定时间内已水化的水泥量与完全水化量的比值。（一）水化速率：单位时间内水泥的水化程度或水化深度。d—粒径水化深度三、水化速率：水化程度а:是指一定时间内已水化的水泥量与完全18（二）水化速度的影响因素1、矿物C3A>C3S，C4AF>C2S（二）水化速度的影响因素1、矿物C3A>C3S，C4AF192、水灰比水灰比大，水化速度也大。3、细度颗粒越细，水化加快。4、外加剂影响2、水灰比水灰比大，水化速度也大。3、细度颗粒越细，水化加快205、养护条件温度对C3S水化速率的影响5、养护条件温度对C3S水化速率的影响21温度对水泥水化速率的影响(对早期影响较大)温度对水泥水化速率的影响(对早期影响较大)22钙矾石在常温和一般湿度条件下的脱水曲线钙矾石在常温和一般湿度条件下的脱水曲线23四、水泥的凝结、硬化过程1882年，雷霞特利提出的结晶理论；1892年，米哈艾利斯又提出了胶体理论；拜依柯夫将上述两理论加以发展，把水泥的硬化为三个时期：第一，溶解期；第二，胶化期；第三，结晶期列宾捷尔提出凝聚-结晶三维网状结构理论；鲍格提出是巨大表面能的作用引起互相粘结；洛赫尔提出的三阶段论:四、水泥的凝结、硬化过程1882年，雷霞特利提出的结晶理论；24第一阶段：大约在水泥水化起到初凝为止；第二阶段：大约从初凝起至24小时为止；第三阶段：是指24小时以后，直到水化结束。从水化产物形成及其发展的角度，硬化过程可分三个阶段：第一阶段：大约在水泥水化起到初凝为止；从水化产物形成及其发展25五、硬化水泥浆体的组成和结构硬化水泥浆体：是一非均质的多相体系，由各种水化产物和残存熟料所构成的固相以及存在于孔隙中的水和空气所组成，所以是固-液-气三相多孔体。它本身有一定的机械强度和孔隙率，而外观和其他性能又与天然石材相似，因此通常又称之为水泥石。五、硬化水泥浆体的组成和结构硬化水泥浆体：是一非均质的多相体26（一）C－S－H凝胶A、组成：不固定，随钙硅比和水硅比变化B、结构：微晶，尺寸接近于胶体范畴（一）C－S－H凝胶A、组成：不固定，随钙硅比和水硅比变化B27C、形貌（四种）第一种：纤维状粒子第二种：网络状粒子C、形貌（四种）第一种：纤维状粒子第二种：网络状粒子28第三种：等大粒子第四种：内部产物第三种：等大粒子第四种：内部产物29（二）氢氧化钙具有固定的化学组成，纯度较高，结晶良好，属三方晶系（二）氢氧化钙具有固定的化学组成，纯度较高，结晶良好，属三方30（三）钙矾石结晶完好，属三方晶系。其结构由Al(OH)6八面体再在周围各结合三个钙多面体组合而成，如右图所示。每一个钙多面体上配以OH-及水分子各四个。柱间的沟槽中则有起电价平衡作用的SO42-三个，从而将相邻的单元柱相互联接成整体，另外还有一个水分子存在。（三）钙矾石结晶完好，属三方晶系。其结构由Al(OH)6八面31钙矾石形貌比较C-S-H纤维状粒子钙矾石形貌比较C-S-H纤维状粒子32（四）单硫型水化硫铝酸钙（四）单硫型水化硫铝酸钙33（五）孔结构和内表面积由于水化产物特别是C-S-H凝胶的高度分散性，其中又包含有数量众多的凝胶孔，所以硬化水泥浆体就具有极大的内表面积，从而构成了对物理力学性质有重大影响的另一结构特征。内表面积常采用水蒸气吸附法进行测定。（五）孔结构和内表面积由于水化产物特别是C-S-H凝胶的34（六）水及其存在方式结晶水：又称结合水，以OH-离子状态存在；吸附水：以中性水分子的形式存在，但并不参与组成水化物的晶体结构，而是在吸附效应或毛细管力的作用下机械地吸附于固相粒子表面或孔隙之中。自由水：又称游离水，存在于粗大孔隙内，与一般水的性质相同。也可分为蒸发水与非蒸发水（六）水及其存在方式结晶水：又称结合水，以OH-离子状态存在35水化:水泥熟料矿物的水合反应凝结：水泥加水拌和后，成为可塑的浆体，逐渐变稠，失去塑性，但尚不具有强度的过程。硬化：随后产生明显的强度，并逐渐发展而成为坚硬的人造石。9硅酸盐水泥的水化和硬化水化:水泥熟料矿物的水合反应9硅酸盐水泥的水化和硬化36一、熟料单矿物的水化C3S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、水化产物及其形成的结构，对硬化水泥浆体的性能有很重要的影响。C3S的水化产物为C-S-H和Ca2(OH)水化反应C3S的水化:一、熟料单矿物的水化C3S在水泥熟料中的含量约占50%，有37CxSHy：水化硅酸钙，不同条件下，x、y不同。水化产物组成不固定，C/S在较大范围内变动。当C/S在0.8-1.5变动时，生成的C-S-H凝胶称为（Ⅰ）型；当C/S在1.5-2.0变动时，生成的C-S-H凝胶称为（Ⅱ）型。完全水化时：

C-S-H凝胶的组成与它所处的溶液中的CaO浓度有关，C-S-H在一定的碱度下才能存在,如2-2-3图所示：CxSHy：水化硅酸钙，不同条件下，x、y不同。水化产物组成38下表是对上图的总结:CaO浓度g/l0.06-0.110.11-1.12>1.12CaO摩尔浓度mol/l1-22-20>20C/S<10.8-1.51.5-2水化产物水化硅酸钙和硅酸凝胶C-S-H(Ⅰ)C-S-H(Ⅱ)定义：水化硅酸钙凝胶体（C-S-H）组成:不固定，随钙硅比和水硅比变化结构：微晶，尺寸接近于胶体范畴；形貌：纤维状，网络状，等大粒子，内部产物；CH：晶体，层状，六方板状，生长在孔洞之间。下表是对上图的总结:CaO浓度g/l0.06-0.1139C3S水化历程:五个阶段:起始期15minPH=12急剧诱导期（静止期）——使硅酸盐水泥保持塑性的原因；

2-4h诱导期结束的时间，即初凝时间。加速期（4-8h）C-S-H和Ca(OH)2大量形成，达到终凝。减速期（12-24h）稳定期受扩散控制C3S水化历程:五个阶段:40C3S水化放热速率和Ca2+浓度变化曲线解释诱导期结束及加速期开始的理论：保护膜理论；延缓结晶理论；综合理论要点。C3S水化放热速率和Ca2+浓度变化曲线解释诱导期结束及41（二）C2S的水化

形成的CH少，水化速度慢，相当于C3S水化速度的1/20。28天C3S提供早期强度，3个月后，C2S提供后期强度，使强度不断增长。完全水化式（三）C3A的水化水化速度非常快水化特点：水化速度极快；对温度非常敏感，温度不同时水化模式不同，具有多色性；不加石膏缓凝剂时，会产生急凝。在常温下，其水化反应为：（二）C2S的水化形成的CH少，水化速度慢，相当于C3S水42C4AH19在低于85%的相对湿度下会失会6个结晶水分子而成为C4AH13。C4AH19、C4AH13和C2AH8都是片状晶体，常温下处于介稳状态，有向C3AH6等轴晶体转化的趋势。在常温下，其水化反应为：上述反应随温度升高而加速。在T>350C时，C3A会直接生成C3AH6：C4AH19在低于85%的相对湿度下会失会6个结晶水分子而在43硅酸盐水泥的水化和硬化课件44C3A的水化产物C3A的水化产物45

C3AH6的空间构造能力差，使得强度下降；C4AH19和C2AH8转化为C3AH6,析水过程使孔隙大大增加。因此不希望上述反应发生。在硅酸盐水泥浆体的碱性液相中，CaO浓度往往达到饱和或过饱和，因此可能产生较多的六方片状C4AH13，足以阻碍粒子的相对移动，这就是使浆体产生瞬间凝结的一个主要原因。在有石膏的情况下，C3A水化的最终产物与石膏掺入量有关。其最初的基本反应是：C3AH6的空间构造能力差，使得强度下降；46所形成的三硫型水化硫铝酸钙，称为钙矾石。其中的铝可被铁置换而成为含铝、铁的三硫型水化硫铝酸盐相。故常用Aft表示。若SO3在C3A完全水化前耗尽，则钙矾石与C3A作用转化为单硫型水化硫铝酸钙（Afm）若石膏极少，在所有钙矾石转变成单硫型水化硫铝酸钙后，还有C3A，那就形成和C4AH13的固溶体。所形成的三硫型水化硫铝酸钙，称为钙矾石。其中的铝可被若SO347石膏的存在延缓了C3A的水化石膏的存在延缓了C3A的水化48（四）铁相固溶体（C4AF）的水化

水化速率比C3A低。其水化产物与C3A很相似。相当于C3A中一部分氧化铝被氧化铁所置换，生成水化铝酸钙和水化铁酸钙的固溶体。在20℃以上，六方片状的C4(A，F)H13要转变成C3(A，F)H6。当温度高于30℃时，C4AF直接水化生成C3(A，F)H6。掺有石膏时的反应也与C3A大致相同。（四）铁相固溶体（C4AF）的水化水化速率比C3A低。其水49C4AF的水化放热曲线与C3A的也很相似，但早期水化受石膏

的延缓更为明显；在氢氧化钙饱和溶液中，石膏能使其放热速率变得极为缓慢。如下图所示。C4AF的水化放热曲线与C3A的也很相似，但早期水化受石膏

50二、硅酸盐水泥的水化

硅酸盐水泥的水化过程二、硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥的水化过程51硅酸盐水泥的水化放热曲线如图2-2-6所示。水泥的水化过程简单地划分为三个阶段：1、钙矾石形成期；2、C3S水化期；3、结构形成和发展期。硅酸盐水泥的水化放热曲线如图2-2-6所示。水泥的水化过程简52三、水化速率：水化程度а:是指一定时间内已水化的水泥量与完全水化量的比值。（一）水化速率：单位时间内水泥的水化程度或水化深度。d—粒径水化深度三、水化速率：水化程度а:是指一定时间内已水化的水泥量与完全53（二）水化速度的影响因素1、矿物C3A>C3S，C4AF>C2S（二）水化速度的影响因素1、矿物C3A>C3S，C4AF542、水灰比水灰比大，水化速度也大。3、细度颗粒越细，水化加快。4、外加剂影响2、水灰比水灰比大，水化速度也大。3、细度颗粒越细，水化加快555、养护条件温度对C3S水化速率的影响5、养护条件温度对C3S水化速率的影响56温度对水泥水化速率的影响(对早期影响较大)温度对水泥水化速率的影响(对早期影响较大)57钙矾石在常温和一般湿度条件下的脱水曲线钙矾石在常温和一般湿度条件下的脱水曲线58四、水泥的凝结、硬化过程1882年，雷霞特利提出的结晶理论；1892年，米哈艾利斯又提出了胶体理论；拜依柯夫将上述两理论加以发展，把水泥的硬化为三个时期：第一，溶解期；第二，胶化期；第三，结晶期列宾捷尔提出凝聚-结晶三维网状结构理论；鲍格提出是巨大表面能的作用引起互相粘结；洛赫尔提出的三阶段论:四、水泥的凝结、硬化过程1882年，雷霞特利提出的结晶理论；59第一阶段：大约在水泥水化起到初凝为止；第二阶段：大约从初凝起至24小时为止；第三阶段：是指24小时以后，直到水化结束。从水化产物形成及其发展的角度，硬化过程可分三个阶段：第一阶段：大约在水泥水化起到初凝为止；从水化产物形成及其发展60五、硬化水泥浆体的组成和结构硬化水泥浆体：是一非均质的多相体系，由各种水化产物和残存熟料所构成的固相以及存在于孔隙中的水和空气所组成，所以是固-液-气三相多孔体。它本身有一定的机械强度和孔隙率，而外观和其他性能又与天然石材相似，因此通常又称之为水泥石。五、硬化水泥浆体的组成和结构硬化水泥浆体：是一非均质的多相体61（一