1、第七章 硅酸盐水泥的水化和硬化,7.1 熟料单矿物和水泥的水化 一、熟料矿物水化的原因 1、热力学原因：熟料矿物是热力学不稳定系统相变：-C2S -C2S不稳定 稳定：不水化水化：-C2S+H2OCSH+Ca（OH）不稳定 难溶物（稳定）所以，熟料矿物是常温下保留的高温态是热力学不稳定系统，有朝着稳定方向转变的趋势。,2、熟料矿物结构不稳定 1）阳离子配位数（阴离子个数）不饱和 2）阳离子配位不规则 3）矿物结构缺陷：矿物油都是固熔体，都熔有异种离子。结构变形缺陷，不稳定。所以：熟料矿物是热力学不稳定系统，结构不够稳定，所以能与水发生反应，达到稳定。,二、熟料单矿物水化 能水化+水化产物稳定且
2、有足够数量水化是产生强度 （一）C3S的水化 1、常稳下的水化产物 3CaO.SiO2+nH2O=xCaO.SiO2.yH2O+(3-x)Ca(OH)2 简写为：C3S+nH=C-S-H+(3-x)CH 产物称为：水化硅酸钙（也称C-S-H凝胶）和氢氧化钙。,C3S水化的五阶段 ：初始期（时间：几十分钟 ） 反应：激烈第一个放热峰，钙离子浓度迅速提高 浆体状态：是具有流动性（Ca(OH)2没有饱和） ：静止期（时间：24小时 ） 反应：极慢放热底谷：钙离子浓度增高慢浆体状态：Ca(OH)2达饱和：此间：具有流动性 结束：失去流动性：达初凝 ：加速期（时间：48小时） 反应：又加快第二放热高峰浆
3、体状态：Ca(OH)2过饱和最高：生成Ca(OH)2、填充空隙、中期：失去可塑性：达终凝、后期：开始硬化 ：减速期（时间：1224小时 ） 反应：随时间的增长而下降 原因：大量 在C3S表面：包裹阻碍水化。 稳定期 反应：很慢基本稳定（只到水化结束） 原因：产物层厚：水很少产物扩散困难。,（二）C2S水化 1、C2S的水化过程、产物与C3S相似，也有静止期，加速期 ，也是生成C-S-H和Ca(OH)2 2、C2S与C3S水化区别 1）水化速率慢= C3S的1/20 2）Ca(OH)2慢 C3S、+ C2SC-S-H+CH,（三）C3A水化：含量不多，水化对早强、性能影响大 1、C3A单独水化
4、常温：C3A+H2OC4AH19+C2AH8+C3AH6+9H2O T：C3A+ H2O直接生成C3AH6 特点：水化速度快水化热多T升高反应速度极快急凝很快失去流动性,2、C3A在CaO、石膏环境中水化 1）石膏充足（开始） C3A+CH+12H2OC4AH13 C4AH13+3CSH2+14H2OC3A.3CS.H32（三硫型水化硫铝酸钙AFt）钙矾石沉积 钙矾石：溶解度极慢反应不可逆 2）剩余石膏不多，还有C3A C4AH13+AFtCH+20H2O+C3A.CS.H12(单硫型水化硫铝酸钙Afm) ),（四）C4AF（铁固相）水化：比C3A水化慢，单独水化，也不会急凝，其水化反应和产物
5、与C3A相似。 1、在Ca(OH)2环境水化 常温：C4AF+4CH+22 H2O2C4（A，F）H13 T50度：C4AF+CH+ H2OC3（A，F）H6 2、足够多石膏中反应 （单硫型水化硫铝铁酸钙三硫型水化硫铝铁酸钙） 单独水化：成片状态结构：温度提高后变成立方体结构 石膏环境中水化：三硫型转变成单硫型固容体，以延迟水化。,三、硅酸盐水泥的水化 水泥含四种矿物：其水化是各矿物水化的结果，又不完全与单矿物水化相同 由于各种矿物水化速度不同、又有氧化钙CSH存在：水泥水化产物还相互影响，比单矿物水化更复杂 1、水化特点 1）水泥水化：开始含碱的饱和硫酸钙和Ca(OH)2使其在溶液中进行 2
6、）水化产物也不是纯的：C-S-H含：铝离子 铁离子 硫离子 Aft含硅离子 3、水化产物相互交叉改变单矿物水化速度 4、当碱浓度高时：Ca(OH)2结晶速度快：COH浓度高：破坏C3A的Al-O键 水化快 所以：碱能使水泥急凝,四、水泥水化过程 水化过程：图1-7-4 水泥水化，放热曲线与C3S十分相似也分五个阶段 第一阶段：主要是：大量Aft形成沉积为保护层 放热谷：Aft层水渗入极慢水化速度减慢，白痴流动性 第二阶段：随水渗入的速度加快而加快，AFt层破坏。扩散到颗粒间架桥失去流动性第三阶段：水化加快后大量的C-S-H填充，失去可塑性 第四阶段：个放热蜂：石膏消耗：Aft水化加快形成AFm
7、产生放热蜂 第五阶段：减速期C-S-H Ca(OH)2不断填充：密度增大：硬化水不断减少：剩下水不多：反应极慢，至水完全消耗完为止。,五、水化速度 使用水泥：不仅要有足够强度，还希望强度不断发展：水化速度是强度发展的主要因素之一 （一）水化速度概念：单位时间内的水化强度（a） 水化深度（h） 1、a：是已知水化量/完全水化的量：百分数 2、h：一定时间内水泥颗粒已水化的水化层厚度um （二）矿物水化速度 28天前：C3AC4AFC3SC2S 36月：C3SC3AAFC2S,（三）影响水化速率的因素 1、矿物组成：C3A+C2S：，C2S：C3A100% 矿物结构：C2S：无空腔；C3A：有空腔
8、 2、水化矿物性质：C3A+石膏Aft:溶解度降低，降低 3、C3S生成C-S-H Ca(OH)2溶解度大大降低：早期C3SC3A,3、水泥细度： 直径减小：表面积增大与水接触机会多晶格破坏严重，反应活性高： 所以：表面积大：筛余小：早期早期发展后期强度：不明显，甚至小下降 4、W/C：浆体稀释度 但：W/C太水太硬化空隙：强度 W/C太水太：产物：强度 5、养护温度：图8-19：T=60度：结合水，一天小于1% 25度结合水一天约为7.5% T太产物脱水：干缩裂缝：强度下降 T太小于10度：=0：严寒冬季：保温,3、外加剂：施工时“加入少量能调节与凝结时间的物质 缓凝剂：葡萄糖酸阻碍C-S-
9、H成核木质素黄酸盐推迟Ca(OH)2结晶 促凝剂：CaCl：液相钙离子浓度高、Ca(OH)2结晶快，凝结快 早强剂：三乙醇胺：对C3S C2S有催化：砼28天强度高：40%以上,7.2 硅酸盐水泥的凝结硬化过程 水泥水化同时在凝结硬化，水化是凝结硬化的前提，凝结硬化是水化的结果。 一、凝结硬化过程及概念 水泥+水流动浆体(产物生成，失去流动）塑性浆体(失去部分塑性)塑性强度(完全失去塑性)机械强度 阶段：C3S迅速水化：Ca(OH)过饱和液 C3A+石膏：细小Aft,阻碍水化，此间产物少（小），不足以架桥，浆体具有流动性 阶段：大量生成C-S-H、Aft在颗粒之间架桥形成网状结构失去流动性和部
10、分可塑性 阶段：各产物数量多，张大填充：结构致密,1.凝结时间：浆体失去流动性和部分可塑性具有塑性强度 2.硬化：完全失去可塑性：具有塑性强度 3.水泥浆体：经水化而凝结、硬化，为什么能产生强度呢：将近200年至今还没有统一的看法,7.3 硬化浆体组成和结构 硬化后形成以水化产物为主要的致密结构产物，结构组成：决定其性能 强度 耐腐蚀 抗冻性 一、硬化浆体(水泥石)组成 1、固相部分：外部水化产物（55%）：颗粒表面向四周生成填充孔隙内部水化产物：（45%），颗粒水化层内的产物残存熟料：水年足：未水化完的残核 2、孔隙部分：毛细孔：未被外部水化产物填充凝胶孔：凝胶微孔水：外界温度=100%孔内
11、全为水,二、固相组成的体积 充分水化后： C-S-H占固相体积：70% Ca(OH)2:固相体积：20% 三硫，单硫占固相体积7% 未水化熟料+微量组分占：3%,三、孔的结构特征 1、孔的产生：矿物完全水化：理论W/C=0.2-0.6实际沙浆：W/C=0.5（国标实验） 所以：理论加水远远大于实际加水：多余水变成固相体积孔隙孔直径大于100nm（大毛细孔）：强度降低 2、孔的形成及影响 24小时后：70-80%孔小于100nm凝胶孔小于100nm越多：强度越高,四、水在硬化浆体存在形式 水在水化硬化浆体结构中作用：没有水，矿物不水化，结构不致密 水在结构中：有影响致密度，性能 所以：了解水存在的形式：可只管了解水泥砼性能，为水化需要水提供依据 （一）水存在形式按水与周围结合的牢固程度，结晶水强（弱），吸附水毛细（凝胶）自由水 1、结晶水：是水化产物（晶体）组成部分，按结合力强弱分强结晶水和弱结晶水 2.吸附水：在吸附效应（毛细管力）作用下：被吸附固体表面（孔隙中） 3.自由水：存在：100nm孔中,本章学习小结 通过本章学习，应该掌握熟料单矿物的水化过程、水化产物，了解硅酸盐水泥特点、水化过程、主要水化产物，硅酸盐水泥凝结、硬化过程,
