CS水化特性PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1CS水化特性水化特性1、 C3S和C2SQCHHSCHSCSC)(23一、C3S、C2S和C3A的水化產(chǎn)物及特性222223)(a23OHCCHOHHSiOCaOSCSiOCaOSC(1) 化學(xué)反應(yīng)C-S-H凝膠屬無定形體，不能用固定式表示。第1頁/共25頁(2) C3S和C2S的水化產(chǎn)物第2頁/共25頁 占水泥水化產(chǎn)物的70%；結(jié)晶度很差，是各維度上都非常細(xì)小的，屬于膠體尺寸范圍(小于1微米)的粒子組成。其是水泥基材料強(qiáng)度的來源和耐久性的保障。l C-S-H凝膠第3頁/共25頁C-S-H凝膠的分類：無確定組成，無定形的材料，產(chǎn)物的生成形態(tài)多變(4種)。微觀結(jié)構(gòu)名稱微觀結(jié)構(gòu)名稱形貌名稱

2、形貌名稱形成時(shí)間形成時(shí)間未名物未名物開始幾天開始幾天型型C-S-H(針狀針狀)擴(kuò)散控制階段擴(kuò)散控制階段外部外部(產(chǎn)物產(chǎn)物)基體質(zhì)基體質(zhì)早期產(chǎn)物早期產(chǎn)物型型C-S-H(網(wǎng)狀網(wǎng)狀)誘導(dǎo)期期間誘導(dǎo)期期間內(nèi)部內(nèi)部(產(chǎn)物產(chǎn)物)顯粒子顯粒子型型C-S-H(等大或扁平等大或扁平)中間階段，開始中間階段，開始2-3周周后期產(chǎn)物后期產(chǎn)物型型C-S-H(球狀球狀)后階段，幾周后階段，幾周-幾個(gè)月幾個(gè)月第4頁/共25頁l Ca(OH)2/CH鈣氧 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)很少。其層間較弱的聯(lián)結(jié)，可能是水泥石

3、受力時(shí)裂縫的發(fā)源地和侵蝕離子的快速通道。第5頁/共25頁水泥水化產(chǎn)物穩(wěn)定存在的pH臨界值C-S-HC-A-HAFt、AFmCH鋼筋鈍化膜鋼筋鈍化膜10.411.410.712.2311.5A、CH的作用 是水泥石的主要組成，是維持水泥石堿度的重要組成，是其他水泥水化產(chǎn)物穩(wěn)定存在的重要前提。第6頁/共25頁 屬于層狀結(jié)構(gòu)，易于產(chǎn)生層狀解理，大量存在于集料與水泥石的界面，影響混凝土的強(qiáng)度和耐侵蝕性能(抗鋼筋銹蝕性能、抗碳化性能、抗溶蝕性能、體積變形性能等密切相關(guān))，被視為混凝土中的“薄弱環(huán)節(jié)” 。B、CH的不利影響第7頁/共25頁l 石膏存在：C3A3CSH2(石膏)26H C6AS3H32 鈣礬

4、石(AFt)l 石膏不足：C6AS3H32 2C3A4H 3C4ASH12 單硫型硫鋁酸鹽(AFm)OHCaSOHSCOAlCaOAC242323232、 C3A(1) 化學(xué)反應(yīng)第8頁/共25頁l AFtAFt：針棒狀晶體(2) C3A的水化產(chǎn)物AFt的形成常常伴隨著明顯的體積膨脹，水化期間，控制AFt的形成，由此產(chǎn)生的膨脹是補(bǔ)償收縮水泥的基本原理C-S-HAFtCH第9頁/共25頁需要掌握的知識(shí)1、C3S、C2S與C3A的水化產(chǎn)物及特性； 2、C3S、C2S與C3A水化特性的區(qū)別；3、C3S的水化過程。l AFm AFmAFm第10頁/共25頁1、 水化速度uC3AC4AFC3SC2S (2

5、4h：大約有65%的C3A水化，C3S水化50%左右)二、C3S、C2S與C3A水化的比較第11頁/共25頁2、 放熱量uC3AC3SC4AFC2S(特別是早期)思考題：如何設(shè)計(jì)低水化熱硅酸鹽水泥？大體積混凝土冰第12頁/共25頁3、 抗壓強(qiáng)度uC3SC2SC3AC4AF在水泥混凝土中作用：l C3S早期強(qiáng)度來源；l C2S后期強(qiáng)度來源。第13頁/共25頁4、 耐化學(xué)侵蝕性u(píng)C4AFC2SC3SC3A5、 體積收縮uC3AC3SC4AFC2S需要掌握的知識(shí)1、 C3S、C2S與C3A的水化產(chǎn)物及特性； 2、C3S、C2S與C3A水化特性的區(qū)別；3、C3S的水化過程。 第14頁/共25頁 硅酸鹽

6、水泥的礦物組成中，C3S的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占50-70%，是水泥的主要礦物，研究C3S的水化，可以模擬或指導(dǎo)水泥的水化。這也是科學(xué)研究中常用的研究方法（層析法）。 水泥化學(xué)家把C3S水化模型作為水泥水化的模型。第15頁/共25頁利用量熱計(jì)來測量C3S加水后的水化放熱反應(yīng)用分析化學(xué)方法測定C3S漿體中液相內(nèi)的Ca2+的濃度和pH值用電子顯微鏡觀察水化產(chǎn)物的生成形態(tài)三、C3S的水化過程1、研究方法第16頁/共25頁2、C3S的水化過程誘導(dǎo)前期：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。誘導(dǎo)期：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。加速期：

7、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（48h），此時(shí)終凝時(shí)間已過，水泥石開始硬化。減速期：水化衰減期，反應(yīng)速率隨時(shí)間下降的階段（1224h），水化作用逐漸受擴(kuò)散速率控制。穩(wěn)定期：反應(yīng)速率很低，反應(yīng)過程基本趨于穩(wěn)定，水化完全受擴(kuò)散速率控制。第17頁/共25頁 硬化漿體的性能與水化早期漿體結(jié)構(gòu)形成密切相關(guān)，誘導(dǎo)期的終止時(shí)間與漿體的初凝時(shí)間相關(guān)，而終凝大致發(fā)生在加速期的終止階段。 人們對(duì)于C3S早期水化進(jìn)行的大量研究，主要是圍繞著形成誘導(dǎo)期的本質(zhì)這個(gè)關(guān)鍵問題進(jìn)行的。3、C3S的水化誘導(dǎo)期產(chǎn)生機(jī)理第18頁/共25頁 C3S在水化初期形成的水化物的Ca/Si高

8、，逐漸在未水化的C3S周圍形成一個(gè)致密的保護(hù)膜層，從而阻礙了C3S的進(jìn)一步水化，使放熱速率變慢，Ca2+向液相中溶出的速率降低，并導(dǎo)致誘導(dǎo)期開始。當(dāng)初始水化物由于相變等原因轉(zhuǎn)化為滲透性較好的二次水化物時(shí)，致使保護(hù)層區(qū)的滲透率提高，因而水及溶出離子又逐漸通過膜層而使水化速率加快，導(dǎo)致誘導(dǎo)期結(jié)束而進(jìn)入加速期。（1）保護(hù)膜假說（等）第19頁/共25頁但20世紀(jì)80年代，人們用電子光學(xué)能譜儀觀察，發(fā)現(xiàn)C3S整個(gè)表面受水侵蝕的情況并不是均勻的，需要經(jīng)過一段時(shí)間才發(fā)育出可以觀察到的水化產(chǎn)物，致使保護(hù)膜理論受到懷疑。第20頁/共25頁（2）富硅雙電層和Zeta電位理論(Skalny&Young)當(dāng)C

9、3S與水接觸后在C3S表面有晶格缺陷的部位即發(fā)生水解，使Ca2+和OH-進(jìn)入溶液，溶液中的Ca2+被該表面吸附而形成雙電層，它導(dǎo)致C3S溶解受阻而出現(xiàn)誘導(dǎo)期。在C3S粒子表面形成一個(gè)缺鈣的富硅層第21頁/共25頁 但由于C3S仍在緩慢水化而使溶液中CH濃度繼續(xù)增高，當(dāng)達(dá)到一定的過飽和度時(shí)，CH析晶，雙電層作用減弱和消失，因而促進(jìn)了C3S的溶解，這時(shí)誘導(dǎo)期結(jié)束，加速期開始。第22頁/共25頁 C3S的中期水化主要是減速期，后期水化主要是穩(wěn)定期。這兩個(gè)階段對(duì)水泥的性能，如強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性、耐久性等的影響十分重要。主要集中討論一個(gè)問題：漿體硬化后，C3S又將如何繼續(xù)水化？4、C3S的中后期水化機(jī)理第23頁/共25頁H. F. W. Taylor教授認(rèn)為： 后期水化不是通過離子在溶液中擴(kuò)散，而是通過離子在固體