硅酸盐水泥水化硬化及性能.ppt

第七章 硅酸盐水泥的水化硬化及性能 本章提要： 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 水化速率（rate of hydration)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、体积变化和强度增加。 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: 3CaO·SiO2+nH2O=xCaO·SiO2·yH2O+(3-x)Ca(OH)2 简写为：C3S+nH=C-S-H+(3-x)CH 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1~2mmol/L时， 生成水化硅酸钙和硅酸凝胶； 当溶液的CaO浓度为2~20mmol/L时， 生成C/S为0.8~1.5的水化硅酸钙，组成（0.8~1.5)CaO·SiO2·（0.5~2.5)H2O ，称C-S-H（Ⅰ）。 当溶液的CaO浓度大于20mmol/L时， 生成髙碱度C/S为1.5 ~2.0的水化硅酸钙， （1.5~2.0)CaO·SiO2·（1~4)H2O ，称C-S-H（Ⅱ）。 ※硅酸三钙水化放热速率－时间曲线为五个阶段：  β－C2S的水化与C3S相似，但水化速度慢。 常温下水化反应式: 2CaO·SiO2+mH2O=xCaO·SiO2·yH2O+(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。  铝酸三钙的水化迅速，放热快。 常温下水化反应式: 2(3CaO·Al2O3)+27H2O=4CaO·Al2O3·19H2O+2CaO·Al2O3·8H2O 简写为：2C3A+27H=C4AH19+C2AH8 C4AH19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。 在液相CaO浓度达到饱和时，C3A还可能依下式水化： 3CaO·Al2O3+Ca(OH)2+12H2O=4CaO·Al2O3·13H2O 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。 在有石膏的情况下，C3A水化的最初基本反应是： 3CaO·Al2O3+3(CaSO4·2H2O)+26H2O=3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O 即 C3A+3C H2+26H=C3A·3C ·H32 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： C4AF＋4CH+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)·3CS·H32。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。 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、C-S-H凝胶、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。 （1）熟料的矿物组成 四种矿物的水化速率顺序为：C3A＞C3S＞C4AF＞C2S （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