水泥第二部分

1、第三節(jié)第三節(jié) 硅酸鹽水泥熟料礦物的組成、結(jié)構(gòu)及其硅酸鹽水泥熟料礦物的組成、結(jié)構(gòu)及其 與膠凝性能的關(guān)系與膠凝性能的關(guān)系 一、硅酸鹽水泥熟料礦物組成計(jì)算一、硅酸鹽水泥熟料礦物組成計(jì)算 二、硅酸鹽水泥熟料礦物的結(jié)構(gòu)二、硅酸鹽水泥熟料礦物的結(jié)構(gòu) 三、水泥熟料礦物具有膠凝能力的本質(zhì)與條件三、水泥熟料礦物具有膠凝能力的本質(zhì)與條件 一、硅酸鹽水泥熟料礦物組成計(jì)算一、硅酸鹽水泥熟料礦物組成計(jì)算 二、硅酸鹽水泥熟料礦物的結(jié)構(gòu)二、硅酸鹽水泥熟料礦物的結(jié)構(gòu) 三、水泥熟料礦物具有膠凝能力的本質(zhì)與條件三、水泥熟料礦物具有膠凝能力的本質(zhì)與條件 (一一)、硅酸鹽水泥熟料中各氧化物的作用、硅酸鹽水泥熟料中各氧化物的作用 (1

2、)氧化鈣氧化鈣 水泥熟料主要成分，與酸性氧化物結(jié)合生成水泥熟料主要成分，與酸性氧化物結(jié)合生成C3S、 C2S 、C3A、C4AF等熟料礦物。等熟料礦物。 C3S由由CaO和和C2S形成，形成，CaO含量直接影響含量直接影響C3S含量。含量。 CaO含量少，含量少，C3S少，少，CaO過(guò)多，其中一部分以游過(guò)多，其中一部分以游 離氧化鈣存在，安定性不良，含量控制離氧化鈣存在，安定性不良，含量控制62-68%. (一一)、 硅酸鹽水泥熟料中各氧化物的作用硅酸鹽水泥熟料中各氧化物的作用 (2)二氧化硅二氧化硅 水泥熟料礦物主要成分之一，其含量決定水泥熟料中水泥熟料礦物主要成分之一，其含量決定水泥熟料中

3、硅硅 酸鈣酸鈣礦物數(shù)量礦物數(shù)量. CaO含量一定，含量一定，SiO2含量影響含量影響C3S與與C2S相對(duì)含量，較高相對(duì)含量，較高 含量含量SiO2使使C3S生成量較少，含量控制生成量較少，含量控制20-24%。 (一一)、 硅酸鹽水泥熟料中各氧化物的作用硅酸鹽水泥熟料中各氧化物的作用 (3)氧化鋁與氧化鐵氧化鋁與氧化鐵 與與CaO作用生成作用生成C3A和和C4AF。 注意：注意：CaO-Al2O3-Fe2O3體系反應(yīng)過(guò)程中，首先是體系反應(yīng)過(guò)程中，首先是CaO與與Al2O3 生成生成C3A,隨后隨后C3A與與Fe2O3反應(yīng)生成反應(yīng)生成C4AF，只有當(dāng)，只有當(dāng)Fe2O3與之作與之作 用結(jié)束，才有用

4、結(jié)束，才有C3A礦物存在。礦物存在。 考慮熟料礦物組成時(shí)，既要使考慮熟料礦物組成時(shí)，既要使Al2O3與與Fe2O3總量適當(dāng)，又要使比總量適當(dāng)，又要使比 例恰當(dāng)，例恰當(dāng)，才能使水泥熟料中生成適當(dāng)?shù)牟拍苁顾嗍炝现猩蛇m當(dāng)?shù)腃3A和和C4AF礦物。礦物。 一、一、 硅酸鹽水泥熟料中各氧化物的作用硅酸鹽水泥熟料中各氧化物的作用 (4) 氧化鎂氧化鎂 含量不大時(shí)含量不大時(shí)，以摻雜物的形態(tài)存在于其他水泥熟料，以摻雜物的形態(tài)存在于其他水泥熟料 礦物和玻璃相中，此時(shí)對(duì)水泥安定性沒有不良影響。礦物和玻璃相中，此時(shí)對(duì)水泥安定性沒有不良影響。 超過(guò)一定含量超過(guò)一定含量，以方鎂石含量存在，引起水泥安定，以方鎂石含量

5、存在，引起水泥安定 性不良。性不良。(不超過(guò)不超過(guò)5%) （二）、硅酸鹽水泥熟料的率值（二）、硅酸鹽水泥熟料的率值 1 1、硅率、硅率 物理意義：物理意義： 水泥熟料礦物中水泥熟料礦物中硅酸鹽礦物硅酸鹽礦物與與溶劑礦物溶劑礦物（C3A+C4AF）之間的數(shù)）之間的數(shù) 量對(duì)比關(guān)系。當(dāng)鋁率大于量對(duì)比關(guān)系。當(dāng)鋁率大于0.64時(shí)，硅率與礦物組成之間的數(shù)學(xué)式為：時(shí)，硅率與礦物組成之間的數(shù)學(xué)式為： （二）（二） 、硅酸鹽水泥熟料的率值、硅酸鹽水泥熟料的率值 1、硅率、硅率 SM越大，硅酸鹽礦物含量越高，溶劑礦物越少，在煅燒越大，硅酸鹽礦物含量越高，溶劑礦物越少，在煅燒 過(guò)程中出現(xiàn)液相越小，所需過(guò)程中出現(xiàn)液相

6、越小，所需燒成溫度越高燒成溫度越高； SM越小，硅酸鹽礦物太少而影響越小，硅酸鹽礦物太少而影響水泥強(qiáng)度水泥強(qiáng)度，且由于液相過(guò)多，且由于液相過(guò)多， 易出現(xiàn)結(jié)易出現(xiàn)結(jié)大塊、結(jié)圈大塊、結(jié)圈等而影響窯的操作。等而影響窯的操作。SM最佳值：最佳值：1.72.7。 注意：注意：白色硅酸鹽水泥熟料白色硅酸鹽水泥熟料SM高達(dá)高達(dá)4.0左右左右 （二）（二） 、硅酸鹽水泥熟料的率、硅酸鹽水泥熟料的率 值值 2、鋁率、鋁率 物理意義：物理意義： 水泥熟料礦物中水泥熟料礦物中氧化鋁氧化鋁與與氧化鐵氧化鐵的質(zhì)量比。的質(zhì)量比。如果如果Al2O3與與Fe2O3 的總含量已經(jīng)確定，鋁率表示的總含量已經(jīng)確定，鋁率表示C3A與

7、與C4AF的相對(duì)含量。的相對(duì)含量。 （二）、硅酸鹽水泥熟料的率值（二）、硅酸鹽水泥熟料的率值 2、鋁率、鋁率 當(dāng)當(dāng)Al2O3與與Fe2O3的摩爾比大于的摩爾比大于1(質(zhì)量比大于質(zhì)量比大于0.64)時(shí)，在水泥熟料時(shí)，在水泥熟料 中才能形成中才能形成C4AF又形成又形成C3A，此時(shí)，鋁率與礦物組成的關(guān)系式：，此時(shí)，鋁率與礦物組成的關(guān)系式： （二）（二） 、硅酸鹽水泥熟料的率值、硅酸鹽水泥熟料的率值 2、鋁率、鋁率 IM0.64, Al2O3含量無(wú)多余，不可能形成含量無(wú)多余，不可能形成C3A，F(xiàn)e2O3與全部與全部 Al2O3一起結(jié)合生成一起結(jié)合生成C4AF，多余的，多余的Fe2O3與與CaO生成生

8、成C2F。 鋁率越高，熟料中的鋁率越高，熟料中的C3A越多越多，但，但C4AF較少，則液相較少，則液相粘粘 度大度大，物料，物料難燒難燒；鋁率；鋁率過(guò)低過(guò)低，雖然液相粘度較小，有，雖然液相粘度較小，有利于利于C3S 燒成燒成，但燒成范圍變窄，易結(jié)大塊，但燒成范圍變窄，易結(jié)大塊，不利不利于窯的于窯的操作操作。 硅酸鹽水泥：硅酸鹽水泥：0.81.7。注意：注意：抗硫酸鹽水泥或低熱水泥的鋁率低至抗硫酸鹽水泥或低熱水泥的鋁率低至0.7. （二）（二） 、硅酸鹽水泥熟料的率值、硅酸鹽水泥熟料的率值 3、石灰飽和系數(shù)、石灰飽和系數(shù)(KH) 酸性氧化物形成堿性最高的礦物為酸性氧化物形成堿性最高的礦物為C3S

9、、C3A、C4AF，據(jù)此提，據(jù)此提 出出石灰理論極限含量石灰理論極限含量。為便于計(jì)算，。為便于計(jì)算，C4AF改寫為改寫為C3A與與CF。 硅酸鹽水泥熟料有硅酸鹽水泥熟料有C3S、C2S、C3A、C4AF組成，控制組成，控制CaO含含 量是決定水泥質(zhì)量關(guān)鍵。量是決定水泥質(zhì)量關(guān)鍵。 （二）（二） 、硅酸鹽水泥熟料的率值、硅酸鹽水泥熟料的率值 3、石灰飽和系數(shù)、石灰飽和系數(shù)(KH) 石灰理論極限用量：CaO=2.8SiO2+1.65Al2O3+0.35Fe2O3 每1%SiO2形成C3S所需石灰量 每1%Al2O3形成C3A所需石灰量 每1%Fe2O3形成CF所需石灰量 （二）（二） 、硅酸鹽水泥熟

10、料的率值、硅酸鹽水泥熟料的率值 3、石灰飽和系數(shù)、石灰飽和系數(shù)(KH) 石灰用量：CaO=KH*2.8SiO2+1.65Al2O3+0.35 Fe2O3 l 硅酸鹽水泥熟料四種礦物中，硅酸鹽水泥熟料四種礦物中，Al2O3和和Fe2O3始終被始終被CaO飽和飽和 l SiO2可能不完全被可能不完全被CaO飽和生成飽和生成C3S，存在一部分，存在一部分C2S，否，否 則熟料中出現(xiàn)游離氧化鈣，影響水泥質(zhì)量則熟料中出現(xiàn)游離氧化鈣，影響水泥質(zhì)量 l 引入石灰飽和系數(shù)引入石灰飽和系數(shù)KH概念概念 （二）（二） 、硅酸鹽水泥熟料的率值、硅酸鹽水泥熟料的率值 3、石灰飽和系數(shù)、石灰飽和系數(shù)(KH) 物理意義：

11、 l 熟料中（全部SiO2生成C3S和C2S所需的CaO含量）與（全部 SiO2生成C3S所需CaO最大含量）的比值 l 熟料中SiO2被CaO飽和形成C3S的程度 KH控制范圍：控制范圍：0.820.94 一、硅酸鹽水泥熟料礦物組成計(jì)算一、硅酸鹽水泥熟料礦物組成計(jì)算 二、硅酸鹽水泥熟料礦物的結(jié)構(gòu)二、硅酸鹽水泥熟料礦物的結(jié)構(gòu) 三、水泥熟料礦物具有膠凝能力的本質(zhì)與條件三、水泥熟料礦物具有膠凝能力的本質(zhì)與條件 水泥熟料礦物組成：水泥熟料礦物組成： C3S、C2S、C3A、C4AF、玻璃體、玻璃體、f-CaO、f-MgO。 二、硅酸鹽水泥熟料礦物的結(jié)構(gòu)二、硅酸鹽水泥熟料礦物的結(jié)構(gòu) 二、硅酸鹽水泥熟料

12、礦物的結(jié)構(gòu)二、硅酸鹽水泥熟料礦物的結(jié)構(gòu) C3S是硅酸鹽水泥的主要礦物，其含量通常在是硅酸鹽水泥的主要礦物，其含量通常在50%左右。左右。C3S 在在1250以上是穩(wěn)定的，如果在此穩(wěn)定下緩慢冷卻時(shí)會(huì)分解。以上是穩(wěn)定的，如果在此穩(wěn)定下緩慢冷卻時(shí)會(huì)分解。 C3S按上式分解速率，隨溫度的降低迅速減弱，在急冷的條按上式分解速率，隨溫度的降低迅速減弱，在急冷的條 件下，分解速率小到可以忽略。件下，分解速率小到可以忽略。 在常溫下保持介穩(wěn)狀態(tài)，從熱力學(xué)觀點(diǎn)看，是不穩(wěn)定的在常溫下保持介穩(wěn)狀態(tài)，從熱力學(xué)觀點(diǎn)看，是不穩(wěn)定的。 二、硅酸鹽水泥熟料礦物的結(jié)構(gòu)二、硅酸鹽水泥熟料礦物的結(jié)構(gòu) 在水泥熟料中一般含有在水泥熟料

13、中一般含有MgO、Al2O3以及其他少量氧化物，以及其他少量氧化物， 它們能進(jìn)入它們能進(jìn)入C3S的晶格并形成固熔體，因此水泥中的的晶格并形成固熔體，因此水泥中的C3S一般一般 不是以純的不是以純的C3S形式存在的，而是含有形式存在的，而是含有MgO、Al2O3的固熔的固熔 體。體。Alite阿利特或簡(jiǎn)稱阿利特或簡(jiǎn)稱A礦。礦。 二、硅酸鹽水泥熟料礦物的結(jié)構(gòu)二、硅酸鹽水泥熟料礦物的結(jié)構(gòu) SiO44-四面體向一個(gè)方向排列，聯(lián)系它們的四面體向一個(gè)方向排列，聯(lián)系它們的Ca2+的配位數(shù)為的配位數(shù)為 6，少于正常的，少于正常的812，配位數(shù)低，因而不穩(wěn)定；，配位數(shù)低，因而不穩(wěn)定； CaO610-八面體中八面

14、體中O的分布也不規(guī)則，的分布也不規(guī)則，5個(gè)個(gè)O集中在一邊，另集中在一邊，另 一邊只有一個(gè)一邊只有一個(gè)O，因而在結(jié)構(gòu)中存在較大孔穴。因而在結(jié)構(gòu)中存在較大孔穴。 二、硅酸鹽水泥熟料礦物的結(jié)構(gòu)二、硅酸鹽水泥熟料礦物的結(jié)構(gòu) （1）C3S是在常溫下存在的介穩(wěn)的高溫型礦物，因而其結(jié)構(gòu)是是在常溫下存在的介穩(wěn)的高溫型礦物，因而其結(jié)構(gòu)是 熱力學(xué)不穩(wěn)定的。熱力學(xué)不穩(wěn)定的。 （2）在硅酸三鈣結(jié)構(gòu)中，進(jìn)入了）在硅酸三鈣結(jié)構(gòu)中，進(jìn)入了Al3+與與Mg2+離子并形成固熔體，離子并形成固熔體， 固熔程度越高，活性越大。固熔程度越高，活性越大。 （3）在硅酸三鈣結(jié)構(gòu)中，鈣離子的配位數(shù)為）在硅酸三鈣結(jié)構(gòu)中，鈣離子的配位數(shù)為6，

15、比正常的配位，比正常的配位 數(shù)低，并且處于不規(guī)則狀態(tài)，因而使鈣離子具有較高的活性。數(shù)低，并且處于不規(guī)則狀態(tài)，因而使鈣離子具有較高的活性。 二、硅酸鹽水泥熟料礦物的結(jié)構(gòu)二、硅酸鹽水泥熟料礦物的結(jié)構(gòu) C2S含量一般為含量一般為 20%左右，在水泥熟料燒成過(guò)程中形成的硅酸左右，在水泥熟料燒成過(guò)程中形成的硅酸 二鈣，常常含有少量的雜質(zhì)，如二鈣，常常含有少量的雜質(zhì)，如FeO、TiO2等等Belite（貝利（貝利 特）或特）或B礦。礦。 二、硅酸鹽水泥熟料礦物的結(jié)構(gòu)二、硅酸鹽水泥熟料礦物的結(jié)構(gòu) 當(dāng)溫度降低到當(dāng)溫度降低到500后，后，-C2S轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)?C2S，晶格進(jìn)行重排，晶格進(jìn)行重排， 比密度由比密度

16、由型的型的3.28轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)樾偷男偷?.97，體積膨脹越，體積膨脹越10%，導(dǎo)，導(dǎo) 致熟料粉化。如果冷卻速度很快，晶格重排來(lái)不及完成，致熟料粉化。如果冷卻速度很快，晶格重排來(lái)不及完成， 形成介穩(wěn)的形成介穩(wěn)的-C2S。 780-860oC 690oC 二、硅酸鹽水泥熟料礦物的結(jié)構(gòu)二、硅酸鹽水泥熟料礦物的結(jié)構(gòu) （1）在常溫下存在的介穩(wěn)的高溫型礦物，因此，其結(jié)構(gòu)具有）在常溫下存在的介穩(wěn)的高溫型礦物，因此，其結(jié)構(gòu)具有 熱力學(xué)的不穩(wěn)定性。熱力學(xué)的不穩(wěn)定性。 （2）鈣離子具有不規(guī)則配位，使其具有較高的活性。）鈣離子具有不規(guī)則配位，使其具有較高的活性。 （3）結(jié)構(gòu)中的雜質(zhì)和穩(wěn)定劑的存在提高了其結(jié)構(gòu)活性。）

17、結(jié)構(gòu)中的雜質(zhì)和穩(wěn)定劑的存在提高了其結(jié)構(gòu)活性。 -C2S的結(jié)構(gòu)特征的結(jié)構(gòu)特征 二、硅酸鹽水泥熟料礦物的結(jié)構(gòu)二、硅酸鹽水泥熟料礦物的結(jié)構(gòu) （1）鈣離子具有不規(guī)則的配位數(shù)，其中處于配位數(shù)為）鈣離子具有不規(guī)則的配位數(shù)，其中處于配位數(shù)為6的鈣的鈣 離子和配位數(shù)為離子和配位數(shù)為12但聯(lián)系松散的鈣離子，均有較大活性。但聯(lián)系松散的鈣離子，均有較大活性。 （2）鋁離子也具有兩種配位情況，且）鋁離子也具有兩種配位情況，且AIO45- 是變了形的，是變了形的， 因此具有較大活性。因此具有較大活性。 （3）C3A具有較大孔穴，具有較大孔穴，OH- 很容易進(jìn)入晶格內(nèi)部，因此很容易進(jìn)入晶格內(nèi)部，因此 C3A水化速度較快。

18、水化速度較快。 C3A的結(jié)構(gòu)特征的結(jié)構(gòu)特征 二、硅酸鹽水泥熟料礦物的結(jié)構(gòu)二、硅酸鹽水泥熟料礦物的結(jié)構(gòu) C4AF的形貌特征的形貌特征 才利特或簡(jiǎn)稱才利特或簡(jiǎn)稱C礦礦。 高溫時(shí)形成的一種固溶體，在鋁原子取代鐵原子時(shí)引起晶格高溫時(shí)形成的一種固溶體，在鋁原子取代鐵原子時(shí)引起晶格 穩(wěn)定性降低。穩(wěn)定性降低。 二、硅酸鹽水泥熟料礦物的結(jié)構(gòu)二、硅酸鹽水泥熟料礦物的結(jié)構(gòu) 玻璃體：熟料的形成是由于熟料燒制部分熔融時(shí)部分液相玻璃體：熟料的形成是由于熟料燒制部分熔融時(shí)部分液相 在較快冷卻在較快冷卻 時(shí)來(lái)不及析晶的結(jié)果。熱力學(xué)不穩(wěn)定的，所以時(shí)來(lái)不及析晶的結(jié)果。熱力學(xué)不穩(wěn)定的，所以 具有一定的活性。具有一定的活性。 一、

19、硅酸鹽水泥熟料礦物組成計(jì)算一、硅酸鹽水泥熟料礦物組成計(jì)算 二、硅酸鹽水泥熟料礦物的結(jié)構(gòu)二、硅酸鹽水泥熟料礦物的結(jié)構(gòu) 三、水泥熟料礦物具有膠凝能力的本質(zhì)與條件三、水泥熟料礦物具有膠凝能力的本質(zhì)與條件 水泥熟料礦物具有膠凝能力的本水泥熟料礦物具有膠凝能力的本 質(zhì)與條件質(zhì)與條件 （1）熟料礦物的反應(yīng)活性，決定于其結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，原因：）熟料礦物的反應(yīng)活性，決定于其結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，原因： 1）介穩(wěn)的高溫型礦物；）介穩(wěn)的高溫型礦物；2）礦物中形成有限固溶體；）礦物中形成有限固溶體；3）微量）微量 元素?fù)诫s使晶格排列的規(guī)律性受到某種程度影響元素?fù)诫s使晶格排列的規(guī)律性受到某種程度影響 結(jié)晶結(jié)構(gòu)的有序度降低，

20、穩(wěn)定性降低，水化能力增強(qiáng)結(jié)晶結(jié)構(gòu)的有序度降低，穩(wěn)定性降低，水化能力增強(qiáng) 結(jié)構(gòu)的有序度作為衡量結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定程度的綜合性指標(biāo)。結(jié)構(gòu)的有序度作為衡量結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定程度的綜合性指標(biāo)。 水泥熟料礦物具有膠凝能力的本水泥熟料礦物具有膠凝能力的本 質(zhì)與條件質(zhì)與條件 （2）熟料礦物具有反應(yīng)活性的另一個(gè)結(jié)構(gòu)特征，在晶體結(jié)構(gòu)）熟料礦物具有反應(yīng)活性的另一個(gè)結(jié)構(gòu)特征，在晶體結(jié)構(gòu) 中存在活性陽(yáng)離子，活性陽(yáng)離子存在原因：中存在活性陽(yáng)離子，活性陽(yáng)離子存在原因： 1）不規(guī)則的配位和配位數(shù)降低；）不規(guī)則的配位和配位數(shù)降低；2）結(jié)構(gòu)的變形；）結(jié)構(gòu)的變形；3）在結(jié)構(gòu)）在結(jié)構(gòu) 電場(chǎng)分布的不均勻性。電場(chǎng)分布的不均勻性。 陽(yáng)離子處于活性狀態(tài)，

21、即價(jià)鍵不飽和狀態(tài)。陽(yáng)離子處于活性狀態(tài)，即價(jià)鍵不飽和狀態(tài)。 在一定意義上認(rèn)為：熟料礦物水化實(shí)質(zhì)是活性陽(yáng)離子在水介在一定意義上認(rèn)為：熟料礦物水化實(shí)質(zhì)是活性陽(yáng)離子在水介 質(zhì)作用下，與極性離子質(zhì)作用下，與極性離子OH-或極性水分子互相作用并進(jìn)入溶或極性水分子互相作用并進(jìn)入溶 液，使熟料礦物溶解和結(jié)體。液，使熟料礦物溶解和結(jié)體。 水泥熟料礦物具有膠凝能力的本水泥熟料礦物具有膠凝能力的本 質(zhì)與條件質(zhì)與條件 （2）陽(yáng)離子的活性程度主要決定于陽(yáng)離子與氧的距離及其鍵）陽(yáng)離子的活性程度主要決定于陽(yáng)離子與氧的距離及其鍵 能的大小。能的大小。陽(yáng)離子的半徑陽(yáng)離子的半徑其重要作用。原因：其重要作用。原因： 陰離子陰離子(

22、如如O2-)呈緊密堆積時(shí)，其中所留下的能夠容納陽(yáng)離子呈緊密堆積時(shí)，其中所留下的能夠容納陽(yáng)離子 的空間有限：的空間有限： 1）陽(yáng)離子半徑小于孔隙允許范圍，不影響緊密堆積狀態(tài)；）陽(yáng)離子半徑小于孔隙允許范圍，不影響緊密堆積狀態(tài)； 2）陽(yáng)離子半徑大于允許范圍，陽(yáng)離子將陰離子緊密堆積體撐）陽(yáng)離子半徑大于允許范圍，陽(yáng)離子將陰離子緊密堆積體撐 開，離子結(jié)合疏松，鍵能減小。開，離子結(jié)合疏松，鍵能減小。 水泥熟料礦物具有膠凝能力的本水泥熟料礦物具有膠凝能力的本 質(zhì)與條件質(zhì)與條件 具有膠凝硬化能力的條件：具有膠凝硬化能力的條件： 形成足夠數(shù)量的水化物；這些水化物能否連生形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。形成足夠數(shù)量的水化物；這些水化

23、物能否連生形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。 需滿足兩個(gè)必要條件：需滿足兩個(gè)必要條件： 形成水化物必須是穩(wěn)定的，由水化物本身結(jié)構(gòu)特性決定；形成水化物必須是穩(wěn)定的，由水化物本身結(jié)構(gòu)特性決定； 形成水化物有足夠數(shù)量，能夠彼此交叉，連生，在水泥漿體形成水化物有足夠數(shù)量，能夠彼此交叉，連生，在水泥漿體 空間形成連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。由液相的過(guò)飽和度及其延續(xù)時(shí)間空間形成連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。由液相的過(guò)飽和度及其延續(xù)時(shí)間 決定。決定。 第四節(jié)第四節(jié) 硅酸鹽水泥的水化反應(yīng)及機(jī)理硅酸鹽水泥的水化反應(yīng)及機(jī)理 一、水泥熟料單礦的水化 （一）C3S/C2S的水化 3 CaO SiO2 + nH2OxCaO SiO2 yH2O+(3- x)Ca(O

24、H)2 C3S+nHC-S-H+(3-x)CH C2S+mHC-S-H+(2-x)CH 硅酸鹽水泥的水化反應(yīng)及機(jī)理硅酸鹽水泥的水化反應(yīng)及機(jī)理 C-S-H ：近似組成，組成實(shí)際上變化范圍很大，尤其是水：近似組成，組成實(shí)際上變化范圍很大，尤其是水 含量會(huì)發(fā)生很大的變化。其結(jié)晶度很差，是由各維度上都含量會(huì)發(fā)生很大的變化。其結(jié)晶度很差，是由各維度上都 非常細(xì)小的，屬于膠體尺寸范圍（小于非常細(xì)小的，屬于膠體尺寸范圍（小于1微米）的粒子組微米）的粒子組 成。因此成為成。因此成為C-S-H gel。 CH：氫氧化鈣，有固定組成的晶體物質(zhì)。：氫氧化鈣，有固定組成的晶體物質(zhì)。 水化產(chǎn)物水化產(chǎn)物 C3S水化放熱速

25、率 幾十分鐘若干小時(shí)若干天 放熱速率 2 4 6 0.1 110100 時(shí)間時(shí)間/h 水化放熱速率水化放熱速率/ （cal/gh） 階段階段1 階段階段2 階段階段3 階段階段4 階段階段5 硅酸三鈣水化放熱速率硅酸三鈣水化放熱速率 誘導(dǎo)前期 誘導(dǎo)期 加速期 減速期 穩(wěn)定期 12345 誘導(dǎo)前期 開始與水接觸時(shí)，鈣離子和氫氧根離子迅 速地從每個(gè)C3S粒子的表面釋放出來(lái)；pH值在 幾分鐘內(nèi)上升至大于12，溶液具有強(qiáng)堿性。 加水后立即發(fā)生急劇化學(xué)反應(yīng)，但持續(xù)時(shí) 間較短，在15min內(nèi)結(jié)束。 返回 反應(yīng)速率極其緩慢，持續(xù)24h（水泥漿體保持 塑性）。初凝時(shí)間基本相當(dāng)于誘導(dǎo)期的結(jié)束。 誘導(dǎo)期 誘導(dǎo)期結(jié)

26、束時(shí)間初凝時(shí)間； （1）保護(hù)膜假說(shuō) H.N.Stein 在C3S周圍形成一個(gè)較致密的保護(hù)膜層，從而阻止了 C3S的進(jìn)一步水化，使放熱速率減慢以及Ca2+ 向液相中溶出的速 率降低，導(dǎo)致誘導(dǎo)期開始。 當(dāng)初始水化產(chǎn)物由于相變等原因使保護(hù)層去的滲透率提高，因 而水與溶出離子又逐漸通過(guò)膜層而使水化速率加快，使誘導(dǎo)期結(jié) 束而進(jìn)入加速期。 誘導(dǎo)期形成機(jī)理誘導(dǎo)期形成機(jī)理 （2）半滲透膜假說(shuō)）半滲透膜假說(shuō) Doublel：初始形成的水化產(chǎn)物在未水化的離子表面形成初始形成的水化產(chǎn)物在未水化的離子表面形成 半滲透膜，該半滲透性包覆層的形成使誘導(dǎo)期的開始。由半滲透膜，該半滲透性包覆層的形成使誘導(dǎo)期的開始。由 于溶液

27、可以通過(guò)半滲透性膜，于溶液可以通過(guò)半滲透性膜，H2O分子、分子、OH-優(yōu)先滲入到優(yōu)先滲入到 半滲透膜內(nèi)側(cè)，使還未水化半滲透膜內(nèi)側(cè)，使還未水化C3S繼續(xù)水化，并使膜內(nèi)繼續(xù)水化，并使膜內(nèi)Ca2+ 和和SiO44-濃度增加，結(jié)果在膜兩側(cè)形成滲透壓差，最后導(dǎo)濃度增加，結(jié)果在膜兩側(cè)形成滲透壓差，最后導(dǎo) 致膜破裂而使誘導(dǎo)期結(jié)束，水化加速期開始。致膜破裂而使誘導(dǎo)期結(jié)束，水化加速期開始。 誘導(dǎo)期形成機(jī)理誘導(dǎo)期形成機(jī)理 （3）延遲成核假說(shuō)）延遲成核假說(shuō) Tadros： C3S與水接觸后很快水解，與水接觸后很快水解， Ca2+與與SiO44- 不一致溶解，溶不一致溶解，溶 液中液中C/S比值遠(yuǎn)超過(guò)比值遠(yuǎn)超過(guò)3，因

28、此，因此C3S表面形成表面形成缺鈣的富硅層缺鈣的富硅層，Ca2+ 被吸附在被吸附在 富硅層表面使其帶正電荷，形成富硅層表面使其帶正電荷，形成雙電層雙電層，使，使 C3S溶解變慢，使誘導(dǎo)期開溶解變慢，使誘導(dǎo)期開 始，由于溶液中始，由于溶液中SiO44-的存在，抑制的存在，抑制CH晶體的形成，使晶體的形成，使CH晶核形成過(guò)晶核形成過(guò) 程被延遲。只有當(dāng)溶液建立了程被延遲。只有當(dāng)溶液建立了充分的過(guò)飽和度充分的過(guò)飽和度時(shí)，才能形成穩(wěn)定的時(shí)，才能形成穩(wěn)定的CH 晶核。當(dāng)晶核。當(dāng)CH晶核達(dá)到一定尺寸，并有足夠數(shù)量，溶液中晶核達(dá)到一定尺寸，并有足夠數(shù)量，溶液中Ca2+ 與與OH- 迅迅 速沉淀析出速沉淀析出C

29、H晶體，隨之溶解加速，誘導(dǎo)期結(jié)束，加速期開始。晶體，隨之溶解加速，誘導(dǎo)期結(jié)束，加速期開始。 （4）Skalay 綜合上述意見，提出由于綜合上述意見，提出由于SiO44-的遷移速度慢，因而的遷移速度慢，因而C- S-H主要在靠近顆粒表面區(qū)析晶，而主要在靠近顆粒表面區(qū)析晶，而CH晶體可以在遠(yuǎn)離晶體可以在遠(yuǎn)離 顆粒表面或漿體的充水空間中形成。顆粒表面或漿體的充水空間中形成。 內(nèi)部水化產(chǎn)物與外部水化產(chǎn)物內(nèi)部水化產(chǎn)物與外部水化產(chǎn)物 當(dāng)鈣離子和氫氧根離子的濃度達(dá)到一個(gè)臨界值時(shí)，水化產(chǎn)物當(dāng)鈣離子和氫氧根離子的濃度達(dá)到一個(gè)臨界值時(shí)，水化產(chǎn)物CH 和和C-S-H開始從溶液中結(jié)晶出來(lái)，開始從溶液中結(jié)晶出來(lái)，C3S

30、再開始繼續(xù)迅速地發(fā)生反應(yīng)。再開始繼續(xù)迅速地發(fā)生反應(yīng)。 反應(yīng)重新加快，反應(yīng)速率隨時(shí)間而增大，出現(xiàn)第二個(gè)放熱峰。反應(yīng)重新加快，反應(yīng)速率隨時(shí)間而增大，出現(xiàn)第二個(gè)放熱峰。 在達(dá)到峰頂時(shí)本階段即告結(jié)束（在達(dá)到峰頂時(shí)本階段即告結(jié)束（48h），），此時(shí)終凝時(shí)間已過(guò)，水泥此時(shí)終凝時(shí)間已過(guò)，水泥 石開始硬化。石開始硬化。 加速期加速期 加速期結(jié)束時(shí)間加速期結(jié)束時(shí)間終凝時(shí)間終凝時(shí)間 伴隨著單礦水化進(jìn)行，伴隨著單礦水化進(jìn)行，CHCH從溶液結(jié)晶析出，從溶液結(jié)晶析出，C-S-HC-S-H 在單礦顆粒表面生成并在顆粒形成包裹層，隨著水化反應(yīng)繼在單礦顆粒表面生成并在顆粒形成包裹層，隨著水化反應(yīng)繼 續(xù)進(jìn)行，顆粒表面的水化產(chǎn)物

31、層厚度增加形成一層屏障，水續(xù)進(jìn)行，顆粒表面的水化產(chǎn)物層厚度增加形成一層屏障，水 分必須通過(guò)屏障才能擴(kuò)散到未水化的顆粒表面，而離子必須分必須通過(guò)屏障才能擴(kuò)散到未水化的顆粒表面，而離子必須 通過(guò)這一屏障擴(kuò)散至正在生長(zhǎng)的晶體。通過(guò)這一屏障擴(kuò)散至正在生長(zhǎng)的晶體。 水化衰減期，反應(yīng)速率隨時(shí)間下降的階段水化衰減期，反應(yīng)速率隨時(shí)間下降的階段 （12241224h h），），水化作用逐漸受擴(kuò)散速率控制。水化作用逐漸受擴(kuò)散速率控制。 減速期減速期 最初生成的水化產(chǎn)物大部分生長(zhǎng)在C3S 粒子原始周界以外的原來(lái)的充水空 間之中，稱之為外部水化產(chǎn)物。 后期水化形成的水化產(chǎn)物大部分生長(zhǎng)在C3S粒子原始周界之內(nèi)，稱之為內(nèi)

32、 部水化產(chǎn)物，隨著內(nèi)部水化物的形成和發(fā)展， C3S的水化向穩(wěn)定期轉(zhuǎn)變。 減速期減速期 表表4-1 4-1 C C3 3S S反應(yīng)各階段的化學(xué)過(guò)程和反應(yīng)各階段的化學(xué)過(guò)程和 動(dòng)力學(xué)行為動(dòng)力學(xué)行為 反應(yīng)階段反應(yīng)階段化學(xué)過(guò)程化學(xué)過(guò)程動(dòng)力學(xué)行為動(dòng)力學(xué)行為 誘導(dǎo)前期誘導(dǎo)前期初始水解，離子進(jìn)入溶液初始水解，離子進(jìn)入溶液反應(yīng)很快、化學(xué)控制反應(yīng)很快、化學(xué)控制 誘導(dǎo)期誘導(dǎo)期繼續(xù)溶解，早期繼續(xù)溶解，早期C-S-HC-S-H形成形成反應(yīng)慢、成核控制反應(yīng)慢、成核控制 加速期加速期水化產(chǎn)物形成與生長(zhǎng)水化產(chǎn)物形成與生長(zhǎng)反應(yīng)快、化學(xué)控制反應(yīng)快、化學(xué)控制 減速期減速期水化產(chǎn)物繼續(xù)生長(zhǎng)、微結(jié)構(gòu)發(fā)水化產(chǎn)物繼續(xù)生長(zhǎng)、微結(jié)構(gòu)發(fā) 展展

33、反應(yīng)適中、化學(xué)與擴(kuò)散反應(yīng)適中、化學(xué)與擴(kuò)散 控制控制 穩(wěn)定期穩(wěn)定期微結(jié)構(gòu)逐漸密實(shí)微結(jié)構(gòu)逐漸密實(shí)反應(yīng)很慢、擴(kuò)散控制反應(yīng)很慢、擴(kuò)散控制 與混凝土有關(guān)的性質(zhì)：誘導(dǎo)期決定了初凝時(shí)間；與混凝土有關(guān)的性質(zhì)：誘導(dǎo)期決定了初凝時(shí)間； 加速期決定了終凝時(shí)間及初始硬化速度；減速期決定加速期決定了終凝時(shí)間及初始硬化速度；減速期決定 了早期強(qiáng)度增進(jìn)率；穩(wěn)定期決定了后期強(qiáng)度增進(jìn)率。了早期強(qiáng)度增進(jìn)率；穩(wěn)定期決定了后期強(qiáng)度增進(jìn)率。 （1）C3S表面與液相的化學(xué)反應(yīng)(C3S表面的溶解)（GI）：GI=1-（1-）1/3=KIt （2）成核與晶體生長(zhǎng)反應(yīng)（GN）：GN=1-ln（1-）1/3=KNt （3）通過(guò)水化物層的擴(kuò)散反應(yīng)

34、（GD）：GD=1-ln（1-）1/32=KDt 水化動(dòng)力學(xué)方程 KN、KI、KD為相應(yīng)于為相應(yīng)于GN、GI、GD的反應(yīng)速度常數(shù)；的反應(yīng)速度常數(shù)；為時(shí)間為時(shí)間t時(shí)的水化程度時(shí)的水化程度 水化動(dòng)力學(xué)指數(shù)C3SC2S KI671.4 KN117.3 KD3.526 -C2S活性非常緩慢，成核和晶體長(zhǎng)大的速度常數(shù)KN 差別不大，通 過(guò)水化物層擴(kuò)散的速度常數(shù)KD 差8倍，差別最大的是粒子表面溶解 的速率常數(shù) KI 表5-2 C2S與C3S水化動(dòng)力學(xué)特征比較 提高C2S活性的方法 關(guān)鍵在于提高C2S的表面溶解速率，具體方法為： 增加顆粒細(xì)度， 固溶少量其他氧化物；應(yīng)用微波技術(shù)燒成熟料。 a、由許多四面體

35、、八面體組成，中間由配位數(shù)為12的 Ca2+松散地聯(lián)結(jié)，其中含有0.147nm的大孔穴； b、四面體變形； c、內(nèi)部大孔穴，OH-可以很容易進(jìn)入晶格內(nèi)部。 C3A的水化 結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征 1、水化機(jī)理 2C3A-+27H=C4AH19+C2AH8 C4AH19在R.HC4AFC3SC2S 表5-1 不同熟料礦物在不同齡期的結(jié)合水量/水化程度% （1）水泥熟料粒子的礦物組成與結(jié)構(gòu) 影響水泥水化速率的因素 礦物 水化時(shí)間 完全水化結(jié) 合水量% 3d7d28d6月 C3S3646699613.40 C2S11111309.85 C3A8382849324.39 C4AF7071749120.72 C

36、3S 最初反應(yīng)較慢，但以后反應(yīng)很快； C3A與C3S相反,開始時(shí)反應(yīng)很快，但以后反應(yīng)速度較慢； C4AF開始反應(yīng)速度比C3S快，但以后變慢； -C2S的水化速度最慢，但在后期穩(wěn)步增長(zhǎng)。 （1）水泥熟料粒子的礦物組成與結(jié)構(gòu) 影響水泥水化速率的因素 （2）溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響 礦物礦物溫度溫度/ 水化時(shí)間水化時(shí)間 1d3d7d28d3m6m C3S 20313646699394 504753618089 C2S 207102930 50202531558692 C3A 208382849193 5075838689 u提高t對(duì)C2S的水化影響最大，如t由20提高至50，3天水化程度由7%提高至25

37、%； u提高t對(duì)C3S早期水化影響較為顯著，對(duì)水化后期影響不大； u提高t對(duì)C3A與C4AF影響最小。 （3）水泥細(xì)度 細(xì)度越大、放熱越顯著、水化越快（混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問(wèn)題） （4）水灰比 高水灰比有利于提高水化程度 w/c 硬化水泥漿體中結(jié)合水的量硬化水泥漿體中結(jié)合水的量/% 1d3d7d28d3m 0.284.57.610.211.012.6 0.508.712.613.314.315.6 0.7012.515.515.617.6 水泥水化硬化機(jī)理及其研究方法水泥水化硬化機(jī)理及其研究方法 課后作業(yè)課后作業(yè) 第五節(jié) 水泥漿體與水泥石結(jié)構(gòu)形成過(guò)程及特性 意義： 水泥拌水以后，立即形成水泥漿懸

38、浮體，并且逐漸凝聚與硬化，該過(guò) 程就是水泥漿的結(jié)構(gòu)形成過(guò)程。 研究水泥漿結(jié)構(gòu)及其形成過(guò)程的規(guī)律與其特性有重要意義： （1）硬化水泥石的結(jié)構(gòu)與水泥漿的初始結(jié)構(gòu)有關(guān)，要得到質(zhì)量?jī)?yōu)良的 水泥石，必須控制其結(jié)構(gòu)形成過(guò)程； （2）水泥漿的工藝特性(如流動(dòng)性，可塑性，泌水性，凝結(jié)速度等)都 決定于水泥漿的結(jié)構(gòu)及其動(dòng)力學(xué)特性； （3）水泥漿和水泥混凝土的系列工藝參數(shù)，如攪拌參數(shù)、泵送參數(shù)、 振動(dòng)成型參數(shù)都與其流變特性有關(guān)。 第五節(jié) 水泥漿體與水泥石結(jié)構(gòu)形成過(guò)程及特性 一、水泥漿體結(jié)構(gòu)形成過(guò)程的一般描述 1、研究方法 回轉(zhuǎn)粘度計(jì)、塑性錐、超聲脈沖法，研究水泥漿體的塑性強(qiáng)度隨時(shí) 間而變化的情況。 2、影響因素

39、水泥品種、水灰比、攪拌速度、養(yǎng)護(hù)條件、外加劑種類及摻量 IIIIII Pm（1） Pm（2） t1t2t3 漿體結(jié)構(gòu)參數(shù)Pm（t） 時(shí)間t 圖5-1 水泥漿體結(jié)構(gòu)形成過(guò)程 0（t1） IV w/c=0.35 I無(wú)結(jié)構(gòu)的懸浮狀態(tài);II凝聚結(jié)構(gòu)狀態(tài);III凝聚結(jié)晶結(jié)構(gòu) 共存狀態(tài);IV結(jié)晶結(jié)構(gòu)迅速發(fā)展?fàn)顟B(tài) t1：表征漿體結(jié)構(gòu)所能承受的極限剪應(yīng)力達(dá)到=0所需 的時(shí)間。 t2：IIIII 轉(zhuǎn)變的時(shí)間。tt2 時(shí)間Pm值迅速增長(zhǎng)，表明 漿體已處于III狀態(tài)。 t3：IIIIV，tt3 時(shí)，Pm值急劇增加，呈直線發(fā)展趨勢(shì)。 表明漿體中的結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)已形成并迅速發(fā)展。漿體結(jié) 構(gòu)強(qiáng)度迅速提高。 注意 水泥與混凝

40、土在生產(chǎn)過(guò)程中的各種工藝過(guò)程如攪拌、成 型、振動(dòng)都必須在時(shí)間t3之前完成，否則將破壞漿體中 的結(jié)構(gòu)網(wǎng)，留下永久的結(jié)構(gòu)缺陷，最終導(dǎo)致硬化水泥漿 體或混凝土強(qiáng)度。 水泥漿體的結(jié)構(gòu)參數(shù)及水灰比對(duì)水泥漿體的結(jié)構(gòu)參數(shù)及水灰比對(duì)t t的影響的影響 w/ct1（h：min） t2（h：min） t3（h：min） 0.281：303：207：30 0.351：484：109：10 0.402：355：4010：30 結(jié)構(gòu)參數(shù) （單位） 0=3210-3 （Pa） Pm（1）=0.3 （MPa） Pm（2）=3.4 （MPa） C3S 富硅層富硅層 5nm C-S-H C3S早期水化擴(kuò)散層的形成早期水化擴(kuò)散層

41、的形成 H3SiO4-或或H2SiO42- H-或或H2O OH- Ca2+ 結(jié)論：新拌水泥漿體是帶有表面雙電層的固相顆粒的分散體系。結(jié)論：新拌水泥漿體是帶有表面雙電層的固相顆粒的分散體系。 電勢(shì)電勢(shì) 距離粒子表面的距離距離粒子表面的距離/r 處于水泥漿體懸浮體中處于水泥漿體懸浮體中 的固體粒子有兩種彼此相反的固體粒子有兩種彼此相反 的相互作用：的相互作用： （1）排斥；（）排斥；（2）吸引。）吸引。 水泥漿懸浮體形成的(遠(yuǎn)程)凝聚結(jié)構(gòu)特征： 結(jié)構(gòu)相互聯(lián)結(jié)力主要是范德華力，因此強(qiáng)度不大。而且在彼 此連接的粒子之間有個(gè)殘留的薄的溶劑化層，在外力作用下， 這種結(jié)構(gòu)的破壞具有觸變復(fù)原功能。水泥漿在硬

42、化之前，就 具有這種結(jié)構(gòu)特征。所以它能夠在外力與自重作用下具有塑 性流動(dòng)的特征。 同時(shí)，使水泥制品在制備成型過(guò)程中，可以使用機(jī)械的、物 理的和物理化學(xué)的方法來(lái)改善水泥漿的初始結(jié)構(gòu)，以獲得優(yōu) 良的水泥制品。 水泥漿懸浮體形成的(近程)凝聚結(jié)構(gòu)特征： 水化物粒子大量生成，粒子間距離進(jìn)一步靠近，此時(shí)粒子間 凝聚的作用力不是范德華力，而是化學(xué)鍵力或次化學(xué)鍵力， 形成凝聚-結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)，因而具有大得多的強(qiáng)度。 由于作用力性質(zhì)的變化，結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)破壞以后不具有觸變復(fù) 原的性能。 這種結(jié)構(gòu)的形成依靠水化物粒子的交叉結(jié)合，或者依靠粒子 界面上晶核連生的結(jié)果。 4 4、機(jī)理、機(jī)理 水泥與水拌和后的早期階段為水泥漿體

43、懸浮體。水泥與水拌和后的早期階段為水泥漿體懸浮體。 硅酸鹽水泥的凝結(jié)和硬化硅酸鹽水泥的凝結(jié)和硬化 凝結(jié)硬化：水化進(jìn)行，液相不斷減少。固相不斷增多，而逐漸失去可塑凝結(jié)硬化：水化進(jìn)行，液相不斷減少。固相不斷增多，而逐漸失去可塑 性，進(jìn)而產(chǎn)生強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)不斷緊密，強(qiáng)度提高。性，進(jìn)而產(chǎn)生強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)不斷緊密，強(qiáng)度提高。 （1 1）初凝：）初凝：C-S-H gel C-S-H gel 互相連接互相連接CHCH、AFtAFt互相交織，范德華力使顆粒相互靠近，互相交織，范德華力使顆粒相互靠近， ZetaZeta電位使顆粒分開，形成均勻的網(wǎng)狀絮凝結(jié)構(gòu)，顆粒勢(shì)能均一，漿體失去流動(dòng)電位使顆粒分開，形成均勻的網(wǎng)狀絮凝結(jié)

44、構(gòu)，顆粒勢(shì)能均一，漿體失去流動(dòng) 性。性。 （2 2）終凝：水化繼續(xù)進(jìn)行，水分不斷減少，新的水化產(chǎn)物不斷增多。填充網(wǎng)絡(luò)）終凝：水化繼續(xù)進(jìn)行，水分不斷減少，新的水化產(chǎn)物不斷增多。填充網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu)，使水泥石空隙率不斷下降而緊密，失去塑性，并產(chǎn)生強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)，使水泥石空隙率不斷下降而緊密，失去塑性，并產(chǎn)生強(qiáng)度。 （3 3）硬化：水泥石強(qiáng)度不斷增加，水泥顆粒內(nèi)部未水化部分的水化越來(lái)越困難。）硬化：水泥石強(qiáng)度不斷增加，水泥顆粒內(nèi)部未水化部分的水化越來(lái)越困難。 二、水泥的凝結(jié)時(shí)間、泌水性和凝聚結(jié)構(gòu)的關(guān)系二、水泥的凝結(jié)時(shí)間、泌水性和凝聚結(jié)構(gòu)的關(guān)系 1 1、加水量、加水量 （1 1）保證水泥水化過(guò)程進(jìn)行的水量（）保

45、證水泥水化過(guò)程進(jìn)行的水量（w1w1） （2 2）使混凝土具有滿足施工要求的工作性需要的水（）使混凝土具有滿足施工要求的工作性需要的水（w2w2） w2w2的多少會(huì)影響，泌水、離析等問(wèn)題。的多少會(huì)影響，泌水、離析等問(wèn)題。 2 2、評(píng)價(jià)需水性的指標(biāo)、評(píng)價(jià)需水性的指標(biāo) （1 1）水泥漿標(biāo)準(zhǔn)稠度（達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)稠度時(shí)的用水量）水泥漿標(biāo)準(zhǔn)稠度（達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)稠度時(shí)的用水量） （2 2）混凝土達(dá)到施工要求的坍落度、擴(kuò)展度等指標(biāo)時(shí)的用水量。）混凝土達(dá)到施工要求的坍落度、擴(kuò)展度等指標(biāo)時(shí)的用水量。合理的用水量合理的用水量 （170185kg170185kg） 在試桿停止沉入或釋放試桿時(shí)記錄試 桿距底板之間的距離，以試桿沉入

46、凈 漿并距底板6mm1mm的水泥凈漿為標(biāo) 準(zhǔn)稠度凈漿。其拌和水量為該 水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量(P)按水泥質(zhì)量 的百分比計(jì). 為使水泥凝結(jié)時(shí)間、體積安定性的測(cè) 定具有準(zhǔn)確可比性，規(guī)定水泥凈漿處 于一種特定的可塑狀態(tài)，稱為標(biāo)準(zhǔn)稠 度。標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量是指水泥凈將達(dá) 到標(biāo)準(zhǔn)稠度時(shí)所需的拌合水量。 標(biāo)準(zhǔn)稠度與標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量 注意：注意：稠度與流動(dòng)度的區(qū)別 相同點(diǎn)：兩者都是表征水泥需水性大小的物理量； 區(qū)別區(qū)別1 1：稠度用于水泥凈漿，流動(dòng)度用于水泥砂漿和混凝土； 區(qū)別區(qū)別2 2：測(cè)試方法不同：稠度使用維卡儀表征；砂漿流動(dòng)度用跳桌 儀器測(cè)定，常以mm表示大小；混凝土以坍落度或干硬度表示。 二、水泥的凝結(jié)時(shí)間

47、、泌水性和凝聚結(jié)構(gòu)的關(guān)系二、水泥的凝結(jié)時(shí)間、泌水性和凝聚結(jié)構(gòu)的關(guān)系 泌水過(guò)程是與漿體中固相粒子的沉淀過(guò)程同時(shí)發(fā)生的。泌水過(guò)程是與漿體中固相粒子的沉淀過(guò)程同時(shí)發(fā)生的。 在水泥漿分散體系中，其固體粒子的表面都存在一個(gè)吸附水和擴(kuò)散水層。在水泥漿分散體系中，其固體粒子的表面都存在一個(gè)吸附水和擴(kuò)散水層。 當(dāng)固相粒子濃度足夠時(shí)，他們?cè)诜肿恿ψ饔孟?，通過(guò)水膜相互聯(lián)結(jié)形成一個(gè)凝聚當(dāng)固相粒子濃度足夠時(shí)，他們?cè)诜肿恿ψ饔孟?，通過(guò)水膜相互聯(lián)結(jié)形成一個(gè)凝聚 空間結(jié)構(gòu)網(wǎng)?？臻g結(jié)構(gòu)網(wǎng)。 （1 1）水泥）水泥- -水體系中的水量過(guò)少，就不足以在固相粒子表面形成吸附水層，同時(shí)水體系中的水量過(guò)少，就不足以在固相粒子表面形成吸附

48、水層，同時(shí) 也形成不了水泥漿體而成松散態(tài)。也形成不了水泥漿體而成松散態(tài)。 （2 2）原始加水量過(guò)大，分散的固相粒子所形成的凝聚結(jié)構(gòu)空間網(wǎng)大大小于原始）原始加水量過(guò)大，分散的固相粒子所形成的凝聚結(jié)構(gòu)空間網(wǎng)大大小于原始 的水泥的水泥- -水體系所占的空間，就會(huì)出現(xiàn)水分分離。水體系所占的空間，就會(huì)出現(xiàn)水分分離。 加水量要適當(dāng)，既能形成凝聚結(jié)構(gòu)，并且凝聚結(jié)構(gòu)基本能占滿原始的水泥加水量要適當(dāng)，既能形成凝聚結(jié)構(gòu)，并且凝聚結(jié)構(gòu)基本能占滿原始的水泥- -水體水體 系空間。系空間。 3 3、泌水和離析、泌水和離析 （1 1）測(cè)定方法：目測(cè)，坍落度、擴(kuò)展度實(shí)驗(yàn)，壓力泌水值。）測(cè)定方法：目測(cè)，坍落度、擴(kuò)展度實(shí)驗(yàn)，壓

49、力泌水值。 （2 2）影響泌水性的主要因素）影響泌水性的主要因素 a a、水泥細(xì)度、水泥細(xì)度 細(xì)度越高，吸附層需水量愈多。細(xì)度越高，吸附層需水量愈多。 b b、水泥的礦物組成（、水泥的礦物組成（C C3 3A A含量）含量） C C3 3A A含量越多，早期水化作用越劇烈，水泥漿內(nèi)分散的膠體粒子數(shù)量增加，粒子含量越多，早期水化作用越劇烈，水泥漿內(nèi)分散的膠體粒子數(shù)量增加，粒子 表面積增加，凝聚結(jié)構(gòu)接觸點(diǎn)增多，這種表面積增加，凝聚結(jié)構(gòu)接觸點(diǎn)增多，這種巨大固相表面的松散的凝聚巨大固相表面的松散的凝聚結(jié)構(gòu)網(wǎng)，大結(jié)構(gòu)網(wǎng)，大 大增加吸附水量，提高保水性。大增加吸附水量，提高保水性。 希望：希望： 水泥的流

50、動(dòng)性好，而又需水量少，保水性好，泌水量少，同時(shí)具水泥的流動(dòng)性好，而又需水量少，保水性好，泌水量少，同時(shí)具 有比較密實(shí)的凝聚結(jié)構(gòu)。有比較密實(shí)的凝聚結(jié)構(gòu)。 4 4、矛盾性、矛盾性 （1 1）流動(dòng)性與需水量的矛盾性）流動(dòng)性與需水量的矛盾性 （2 2）流動(dòng)性與穩(wěn)定性的矛盾）流動(dòng)性與穩(wěn)定性的矛盾 措施：措施： （1 1）高頻振動(dòng)：需水量少的情況下獲得較好流動(dòng)性；同時(shí)）高頻振動(dòng)：需水量少的情況下獲得較好流動(dòng)性；同時(shí) 提高水泥粒子分散度，提高保水性，獲得比較密實(shí)的水泥漿。提高水泥粒子分散度，提高保水性，獲得比較密實(shí)的水泥漿。 （2 2）水泥漿中加入某些表面活性物質(zhì)。）水泥漿中加入某些表面活性物質(zhì)。 tp l

51、 - 剪切應(yīng)力； ?t-屈服應(yīng)力； pl 塑性粘度； - 剪切應(yīng)變率。 水泥漿的流變特性 賓漢姆模型： 物理意義：當(dāng)剪切應(yīng)力小于屈服應(yīng)力時(shí)，新拌漿體沒有發(fā)生流動(dòng)，只發(fā)生彈 性變形，變形成為彈性形變；當(dāng)剪切應(yīng)力大于屈服應(yīng)力時(shí)，才會(huì)發(fā)生塑性變 形，變形稱為塑性形變。 研究水泥漿體流變特性，主要是確定應(yīng)變速率與剪應(yīng)力的關(guān)系，從而確 定表征水泥漿特性的?t、 pl 的關(guān)系。 alpha alfa 阿耳法 beta beta 貝塔 gamma gamma 伽馬 deta delta 德耳塔 epsilon epsilon 艾普西隆 zeta zeta 截塔 eta eta 艾塔 上升和下降流變曲線所包圍

52、的面積，成為滯后圈。 觸變性：某些膠體體系在外力作用下，流動(dòng)性暫時(shí)增加，外力 出去后，具有緩慢的可逆復(fù)原的性能。 同樣轉(zhuǎn)速下，粘度降低。 5 5、影響水泥漿體流變特性因素、影響水泥漿體流變特性因素 (1) (1) 水灰比；（水灰比；（2 2）水化溫度；（）水化溫度；（3 3）水泥礦物組成）水泥礦物組成(C(C3 3A)A) 6 6、工藝特性、工藝特性 （1 1）水泥漿體與新拌和混凝土的性能要求）水泥漿體與新拌和混凝土的性能要求 高流動(dòng)性、可塑性、高穩(wěn)定性、成型密實(shí)性高流動(dòng)性、可塑性、高穩(wěn)定性、成型密實(shí)性 流動(dòng)性：在外力作用下克服水泥漿體內(nèi)部粒子互相作用而產(chǎn)生變形的性能，可用流動(dòng)性：在外力作用下

53、克服水泥漿體內(nèi)部粒子互相作用而產(chǎn)生變形的性能，可用 極限剪應(yīng)力極限剪應(yīng)力( (屈服應(yīng)力屈服應(yīng)力) )表示。（屈服應(yīng)力越小，流動(dòng)性越大）表示。（屈服應(yīng)力越小，流動(dòng)性越大） 極限剪應(yīng)力相應(yīng)于凝聚結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。增加水灰比，擴(kuò)大粒子間的距離，減弱粒子極限剪應(yīng)力相應(yīng)于凝聚結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。增加水灰比，擴(kuò)大粒子間的距離，減弱粒子 間的作用力，可增大流動(dòng)性。間的作用力，可增大流動(dòng)性。 可塑性：漿體克服屈服應(yīng)力后，產(chǎn)生塑性變形而不斷裂的性能。塑性粘度越小，可塑性：漿體克服屈服應(yīng)力后，產(chǎn)生塑性變形而不斷裂的性能。塑性粘度越小， 可塑性越好?？伤苄栽胶谩?穩(wěn)定性：在塑性變形后，固體粒子不產(chǎn)生互相接觸或分離的現(xiàn)象。分散體系

54、內(nèi)聚穩(wěn)定性：在塑性變形后，固體粒子不產(chǎn)生互相接觸或分離的現(xiàn)象。分散體系內(nèi)聚 力越大，穩(wěn)定性越好。力越大，穩(wěn)定性越好。( (粘度高粘度高) ) 矛盾！矛盾！ 漿體灌漿體灌 注注 空腔空腔 大流動(dòng)性高粘聚性材料灌注大流動(dòng)性高粘聚性材料灌注 高速鐵路高速鐵路 漿體灌漿體灌 注注 間隙間隙 大流動(dòng)低粘聚性材料灌注大流動(dòng)低粘聚性材料灌注 集料集料 公路公路 材料流變參數(shù)材料流變參數(shù)高粘聚性高粘聚性低粘聚性低粘聚性 粘度粘度/Pas/Pas1.72.01.72.00.81.00.81.0 屈服應(yīng)力屈服應(yīng)力0 0/Pa/Pa4.24.54.24.51.82.01.82.0 流動(dòng)度流動(dòng)度/s/s1101106

55、060 大流動(dòng)度大流動(dòng)度 86 大流動(dòng)性均質(zhì)性控制效果大流動(dòng)性均質(zhì)性控制效果 漿體灌漿體灌 注注 空腔空腔 大流動(dòng)性高粘聚性材料灌注大流動(dòng)性高粘聚性材料灌注 高速鐵路高速鐵路 漿體灌漿體灌 注注 間隙間隙 大流動(dòng)低粘聚性材料灌注大流動(dòng)低粘聚性材料灌注 集料集料 公路公路 大流動(dòng)度大流動(dòng)度 87 流速控制流速控制控流筒控流筒 88 89/43 大氣泡缺陷大氣泡缺陷灌注不飽滿灌注不飽滿 灌注飽滿灌注飽滿無(wú)大氣泡無(wú)大氣泡 水泥石固液氣三相多孔體系。 水泥石包括未水化水泥顆粒、水化水泥、 水和少量空氣以及由水和空氣占有的孔隙網(wǎng)組成。 第六節(jié) 水泥水化物的組成與結(jié)構(gòu) 1 1、硅酸鹽水泥水化產(chǎn)物組成、硅酸

56、鹽水泥水化產(chǎn)物組成 按結(jié)晶程度可分為兩類，一是結(jié)晶比較差，晶粒大小相當(dāng)于膠體尺按結(jié)晶程度可分為兩類，一是結(jié)晶比較差，晶粒大小相當(dāng)于膠體尺 寸的水化硅酸鈣凝膠。一是結(jié)晶態(tài)，晶粒比較大水化物，如寸的水化硅酸鈣凝膠。一是結(jié)晶態(tài)，晶粒比較大水化物，如CH CH 、AFtAFt等。等。 2 2、水泥石的孔隙率、水泥石的孔隙率 P P0 0：與水膠比、水化程度有關(guān)?？椎慕Y(jié)構(gòu)與養(yǎng)護(hù)制度、成型工藝、水泥礦物與水膠比、水化程度有關(guān)?？椎慕Y(jié)構(gòu)與養(yǎng)護(hù)制度、成型工藝、水泥礦物 組成、外加劑等有關(guān)。組成、外加劑等有關(guān)。 3 3、水、水 水可分為蒸發(fā)水和非蒸發(fā)水、蒸發(fā)水又可以分為凝膠水和毛細(xì)水。水可分為蒸發(fā)水和非蒸發(fā)水、

57、蒸發(fā)水又可以分為凝膠水和毛細(xì)水。 礦物礦物密度密度/（g/cm3）結(jié)晶度結(jié)晶度形貌形貌 C-S-H2.32.6很差很差薄片狀，形態(tài)未加分析薄片狀，形態(tài)未加分析 CH2.24很好很好無(wú)孔條紋狀材料無(wú)孔條紋狀材料 AFt1.75好好細(xì)長(zhǎng)棱柱形針狀晶體細(xì)長(zhǎng)棱柱形針狀晶體 AFm1.95尚好尚好 六角薄板狀；不規(guī)則的六角薄板狀；不規(guī)則的 玫瑰花形玫瑰花形 水泥水化物的組成與結(jié)構(gòu) 圖5-5 JM2界面和基體水化產(chǎn)物XRD圖 10.0020.0030.0040.0050.0060.00 界面水化7d 界面水化28d 基體水化28d 界面水化3d 4.94 3.08 2 . 7 8 2.75 2 . 6 3

58、 2 . 19 1 . 93 1.7 6 A:AFt B:Ca(OH)2 C:C3S、C2S D:C-S-H B B B C C D A C-S-H CH AFt （1）分散在水中未水化的水泥顆粒）分散在水中未水化的水泥顆粒（2）在水泥顆粒表面形成水化物膜層）在水泥顆粒表面形成水化物膜層 （3）膜層長(zhǎng)大并相互連接（凝結(jié)）膜層長(zhǎng)大并相互連接（凝結(jié)） （4）水化物進(jìn)一步發(fā)展，填充毛細(xì)孔（硬化）水化物進(jìn)一步發(fā)展，填充毛細(xì)孔（硬化） 水泥凝結(jié)硬化過(guò)程示意圖水泥凝結(jié)硬化過(guò)程示意圖 1水泥顆粒；水泥顆粒；2水分；水分；3凝膠；凝膠；4晶體；晶體；5水泥顆粒未水化內(nèi)核；水泥顆粒未水化內(nèi)核；6毛細(xì)孔毛細(xì)孔 9

59、7 （一）水化物的結(jié)晶相及其結(jié)構(gòu) 1、CH 占漿體固體體積的20%25%。層狀結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)層內(nèi)為離子鍵，結(jié)構(gòu)層之間 為氫鍵、片狀晶體。由于CH的結(jié)構(gòu)和形狀，決定了它對(duì)水泥石的強(qiáng)度貢獻(xiàn)是很少 的。其層間較弱的聯(lián)結(jié)，可能是水泥石受力時(shí)裂縫的發(fā)源地。 2、AFt相、AFm相 在成熟的水泥漿體中硫鋁酸鈣含量比較少，只占體積的10%15%。AFt結(jié) 構(gòu)水所占空間為AFt總體積的81.2%，如以質(zhì)量計(jì)，達(dá)到45.9%。 從AFt的結(jié)構(gòu)式可見，其中的水處于不同結(jié)合狀態(tài)，因此有不同的脫水溫度。 注意1：AFm相向AFt相轉(zhuǎn)變，結(jié)構(gòu)水增加，體積膨脹，密度減少，引起硬化體結(jié)構(gòu)破壞。 注意2：蒸養(yǎng)條件對(duì)AFt相的影響

60、；其他水化產(chǎn)物對(duì)AFt穩(wěn)定性的改善。 （二）凝膠相及其結(jié)構(gòu) 1、C-S-H gel的化學(xué)組成 表征C-S-H凝膠化學(xué)組成的兩個(gè)主要指標(biāo)：鈣硅比(C/S)，水硅比(H/S) 常假定C-S-Hgel的分子式為C3S2H3，C/S=1.5、H/S=1.5 注意：C-S-H凝膠的組成不是固定的。 正常水化條件下，C-S-H凝膠的組成可粗略地用CxSHX-0.5表示 2、C-S-H gel的硅酸根聚合度 C-S-H gel是由不同聚合度的SiO44-與Ca2+組成的水化物。 C3SC2S中礦物的硅酸鹽陰離子以SiO44- 四面體存在，隨著水化進(jìn)行，單聚物逐漸 聚合成二聚物及聚合度更高的礦物。 100 水