硅酸鹽水泥的水化和硬化

1、教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 熟料礦物的水化熟料礦物的水化第二節(jié)第二節(jié) 硅酸鹽水泥的水化硅酸鹽水泥的水化一、水泥熟料礦物的水化過(guò)程水泥的水化：水泥的水化：一種物質(zhì)從無(wú)水狀態(tài)變?yōu)楹疇钜环N物質(zhì)從無(wú)水狀態(tài)變?yōu)楹疇顟B(tài)或從含水少的狀態(tài)變?yōu)楹嗟臓顟B(tài)。態(tài)或從含水少的狀態(tài)變?yōu)楹嗟臓顟B(tài)。類型：類型：1 1、原物質(zhì)不含水，與水作用后，變?yōu)楹⒃镔|(zhì)不含水，與水作用后，變?yōu)楹衔?。合物? 2、原物質(zhì)本身含一定量的水，與水作用后，、原物質(zhì)本身含一定量的水，與水作用后，變?yōu)楹嗟奈镔|(zhì)。變?yōu)楹嗟奈镔|(zhì)。3 3、水解反應(yīng)（加水分解）、水解反應(yīng)（加水分解）（一）水泥熟料礦物的水化原因內(nèi)因：內(nèi)因：熟料單體礦物

2、及熟料顆粒結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。熟料單體礦物及熟料顆粒結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。外因：外因：加入極性分子，可使熟料中的離子配位加入極性分子，可使熟料中的離子配位改變重排改變重排。（二）、水泥的水化過(guò)程水泥是一種多礦物組成的集合體，與水的相互水泥是一種多礦物組成的集合體，與水的相互作用很復(fù)雜，不僅各礦物的水化過(guò)程作用很復(fù)雜，不僅各礦物的水化過(guò)程 互不相互不相同，而且各礦物的水化又相互影響。同，而且各礦物的水化又相互影響。各礦物與水的作用，稱為各礦物與水的作用，稱為“一次水化作用一次水化作用”水化物之間的相互作用稱水化物之間的相互作用稱“二次水化作用二次水化作用”在水泥的水化過(guò)程中，一次作用、二次作用是在水泥的水化過(guò)程中

3、，一次作用、二次作用是交織在一起進(jìn)行的。交織在一起進(jìn)行的。二、硅酸三鈣1、水化反應(yīng)在常溫下：水化產(chǎn)物是水化硅酸鈣和氫氧化鈣。222223CaOxCaSinH O=yH OOHO3-x CaOSiO3CxC-nH=H-3SCHS-x2、水化過(guò)程2、水化過(guò)程1)、誘導(dǎo)前期：加水后立即發(fā)生急劇反應(yīng)、誘導(dǎo)前期：加水后立即發(fā)生急劇反應(yīng),但該但該階段時(shí)間很短階段時(shí)間很短,在在15分鐘以內(nèi)結(jié)束。分鐘以內(nèi)結(jié)束。2)、誘導(dǎo)期：這一階段反應(yīng)速率極其緩慢，又、誘導(dǎo)期：這一階段反應(yīng)速率極其緩慢，又稱靜止期稱靜止期,一般持續(xù)一般持續(xù)14 時(shí)時(shí),是硅酸鹽水泥漿是硅酸鹽水泥漿體能在幾小時(shí)內(nèi)保持塑性的原因。初凝時(shí)間體能在幾小

4、時(shí)內(nèi)保持塑性的原因。初凝時(shí)間基本上相當(dāng)于誘導(dǎo)期的結(jié)束?；旧舷喈?dāng)于誘導(dǎo)期的結(jié)束。水化早期水化早期3)、加速期：反應(yīng)重新加快、加速期：反應(yīng)重新加快,反應(yīng)速率隨時(shí)間而增反應(yīng)速率隨時(shí)間而增長(zhǎng)長(zhǎng),出現(xiàn)第二個(gè)放熱峰出現(xiàn)第二個(gè)放熱峰,在到達(dá)峰頂時(shí)本階段即告在到達(dá)峰頂時(shí)本階段即告結(jié)束結(jié)束(48小時(shí)小時(shí))。此時(shí)終凝已過(guò)。此時(shí)終凝已過(guò),開始硬化。開始硬化。4) 、減速期：反應(yīng)速率隨時(shí)間下降的階段，約持、減速期：反應(yīng)速率隨時(shí)間下降的階段，約持續(xù)續(xù)1224小時(shí)小時(shí),水化作用逐漸受擴(kuò)散速率的控制。水化作用逐漸受擴(kuò)散速率的控制。5)、穩(wěn)定期：反應(yīng)速率很低、基本穩(wěn)定的階段、穩(wěn)定期：反應(yīng)速率很低、基本穩(wěn)定的階段,水水化作用

5、完全受擴(kuò)散速率控制。有的文獻(xiàn)上將化作用完全受擴(kuò)散速率控制。有的文獻(xiàn)上將4期與期與5期合稱為擴(kuò)散控制期。期合稱為擴(kuò)散控制期。水化中期水化中期水化后期水化后期1)、C3S的早期水化硬化漿體的性能很多是在水化早期決定的；誘硬化漿體的性能很多是在水化早期決定的；誘導(dǎo)期終止的時(shí)間與初凝有著一定的關(guān)系，而終導(dǎo)期終止的時(shí)間與初凝有著一定的關(guān)系，而終凝則大致發(fā)生在加速期的中間階段。各方面對(duì)凝則大致發(fā)生在加速期的中間階段。各方面對(duì)此進(jìn)行了大量的研究，有關(guān)誘導(dǎo)期的本質(zhì)也就此進(jìn)行了大量的研究，有關(guān)誘導(dǎo)期的本質(zhì)也就是誘導(dǎo)期的開始及結(jié)束的原因，存在著不少看是誘導(dǎo)期的開始及結(jié)束的原因，存在著不少看法。法。保護(hù)膜理論斯坦因

6、斯坦因(H.N.Stein)(H.N.Stein)等人認(rèn)為，誘導(dǎo)期是由于水化產(chǎn)等人認(rèn)為，誘導(dǎo)期是由于水化產(chǎn)物形成了保護(hù)膜層。當(dāng)保護(hù)膜破壞時(shí)，誘導(dǎo)期就結(jié)物形成了保護(hù)膜層。當(dāng)保護(hù)膜破壞時(shí)，誘導(dǎo)期就結(jié)束，即所謂束，即所謂“保護(hù)膜理論保護(hù)膜理論”。他們假設(shè)。他們假設(shè)C C3 3S S在水中是在水中是一致溶，最初生成的第一水化物一致溶，最初生成的第一水化物C C3 3SHn SHn 很快就在很快就在C C3 3S S周圍形成了致密的保護(hù)膜層，從而阻礙了周圍形成了致密的保護(hù)膜層，從而阻礙了C C3 3S S 的進(jìn)的進(jìn)一步水化，使放熱變慢，向液相溶出一步水化，使放熱變慢，向液相溶出CaCa2+2+的速率也相

7、的速率也相應(yīng)降低，導(dǎo)致誘導(dǎo)期的開始。當(dāng)?shù)谝凰镛D(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)降低，導(dǎo)致誘導(dǎo)期的開始。當(dāng)?shù)谝凰镛D(zhuǎn)變?yōu)檩^易使離子通過(guò)的第二水化物較易使離子通過(guò)的第二水化物(C/S0.8(C/S0.81.5)1.5)時(shí)，時(shí)，水化重新加速，較多的水化重新加速，較多的CaCa2+2+和和OHOH- -進(jìn)入液相達(dá)到過(guò)飽進(jìn)入液相達(dá)到過(guò)飽和，并加快放熱，誘導(dǎo)期即告結(jié)束。和，并加快放熱，誘導(dǎo)期即告結(jié)束。晶核形成延緩理論另一派的學(xué)者則提出另一派的學(xué)者則提出“晶核形成延緩理論晶核形成延緩理論”，認(rèn)為誘導(dǎo)期是由于氫氧化鈣或認(rèn)為誘導(dǎo)期是由于氫氧化鈣或C-S-HC-S-H或者它們或者它們兩者的晶核形成和生長(zhǎng)，都需要一定時(shí)間，從兩者的晶核

8、形成和生長(zhǎng)，都需要一定時(shí)間，從而使水化延緩所致。而使水化延緩所致。例如泰卓斯例如泰卓斯(M.E.Tadros(M.E.Tadros）等認(rèn)為）等認(rèn)為C C3 3S S最初不一最初不一致溶，主要是致溶，主要是CaCa2+2+和和OHOH- -溶出，液相中的溶出，液相中的C/SC/S比比遠(yuǎn)高于遠(yuǎn)高于3 3，使，使C C3 3S S表面變?yōu)槿扁}的表面變?yōu)槿扁}的“富硅層富硅層”。然后，然后，CaCa2+2+吸附到富硅的表面，使其帶上正電吸附到富硅的表面，使其帶上正電荷，形成雙電層，因而荷，形成雙電層，因而C C3 3S S溶出溶出CaCa2+2+的速度減慢，的速度減慢，導(dǎo)致誘導(dǎo)期的產(chǎn)生。一直到液相中的導(dǎo)

9、致誘導(dǎo)期的產(chǎn)生。一直到液相中的CaCa2+2+和和OHOH- -緩慢增長(zhǎng)，達(dá)到足夠的過(guò)飽和度（飽和度的緩慢增長(zhǎng)，達(dá)到足夠的過(guò)飽和度（飽和度的1.51.52 2倍），才形成穩(wěn)定的倍），才形成穩(wěn)定的Ca(OH)Ca(OH)2 2晶核。晶核。當(dāng)生長(zhǎng)到相當(dāng)尺寸，且數(shù)量又足夠多時(shí)，液相當(dāng)生長(zhǎng)到相當(dāng)尺寸，且數(shù)量又足夠多時(shí)，液相中的中的CaCa2+2+和和OHOH- -就迅速沉析出就迅速沉析出Ca(OH)Ca(OH)2 2晶體，促使晶體，促使C C3 3S S加快溶解，水化重又加速。由圖加快溶解，水化重又加速。由圖8-18-1所示液所示液相中相中CaCa2+2+濃度的最大值出現(xiàn)在誘導(dǎo)期末，可以濃度的最大值出

10、現(xiàn)在誘導(dǎo)期末，可以作為上述假說(shuō)的一個(gè)論證。同時(shí)，作為上述假說(shuō)的一個(gè)論證。同時(shí)，Ca(OH)Ca(OH)2 2還會(huì)還會(huì)和硅酸根離子相結(jié)合，因而也可作為和硅酸根離子相結(jié)合，因而也可作為C-S-HC-S-H的的晶核。較近的一些研究表明，誘導(dǎo)期更可能是晶核。較近的一些研究表明，誘導(dǎo)期更可能是由于由于C-S-HC-S-H的成核和生長(zhǎng)受到延緩的緣故。的成核和生長(zhǎng)受到延緩的緣故。 斯卡爾內(nèi) (J.Skalng ）和楊（J. F.Young)當(dāng)與水接觸后在當(dāng)與水接觸后在C3S表面有晶格缺陷的部位即表面有晶格缺陷的部位即活化點(diǎn)上很快發(fā)生水解，活化點(diǎn)上很快發(fā)生水解， Ca2+和和OH-進(jìn)入溶液，進(jìn)入溶液，就在就在

11、 C3S表面形成一個(gè)缺鈣的表面形成一個(gè)缺鈣的富硅層富硅層”。接。接著，著， Ca2+吸附到吸附到富硅層富硅層”表面形成雙電層，表面形成雙電層，從而使從而使C3S溶解受阻而出現(xiàn)誘導(dǎo)期。溶解受阻而出現(xiàn)誘導(dǎo)期。另一方面，因雙電層所形成的另一方面，因雙電層所形成的電位，即使顆粒在電位，即使顆粒在溶液中保持分散狀態(tài)，一直到溶液中保持分散狀態(tài)，一直到電位下降接近于零電位下降接近于零時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生凝聚。由于時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生凝聚。由于C3S仍在緩慢水化，待溶仍在緩慢水化，待溶液中液中 Ca(OH)2濃度達(dá)到一定的過(guò)飽和度濃度達(dá)到一定的過(guò)飽和度時(shí)時(shí),Ca(OH)2析晶，導(dǎo)致誘導(dǎo)期結(jié)束。與此同時(shí)，析晶，導(dǎo)致誘導(dǎo)期結(jié)束。

12、與此同時(shí)，還會(huì)有還會(huì)有 C-S-H 的沉淀析出；因?yàn)楣杷岣x子比的沉淀析出；因?yàn)楣杷岣x子比Ca2+較難遷移，所以較難遷移，所以 C-S-H 的生長(zhǎng)僅限于表面；的生長(zhǎng)僅限于表面；Ca(OH)2的晶體開始可能也在的晶體開始可能也在 C3S表面生長(zhǎng)，但有表面生長(zhǎng)，但有些晶體會(huì)遠(yuǎn)離顆?；蛟跐{體的充水孔隙中形成。些晶體會(huì)遠(yuǎn)離顆?；蛟跐{體的充水孔隙中形成。2)、C3S 的中期水化在在 C C3 3S S 水化的加速期內(nèi)，伴隨著水化的加速期內(nèi)，伴隨著Ca(OH)Ca(OH)2 2 及及 C-S-HC-S-H的形成和長(zhǎng)大，液相中的形成和長(zhǎng)大，液相中 Ca(OH)Ca(OH)2 2和和 C-S-HC-S-H的

13、過(guò)飽和度降低，又會(huì)相應(yīng)地使的過(guò)飽和度降低，又會(huì)相應(yīng)地使 Ca(OH)Ca(OH)2 2和和 C-S-HC-S-H的生長(zhǎng)速度逐漸變慢。隨的生長(zhǎng)速度逐漸變慢。隨著水化產(chǎn)物在顆粒周圍的形成，著水化產(chǎn)物在顆粒周圍的形成， C C3 3S S 的水的水化也受到阻礙。因而，水化加速過(guò)程就逐化也受到阻礙。因而，水化加速過(guò)程就逐漸轉(zhuǎn)入減速階段。漸轉(zhuǎn)入減速階段。中期水化產(chǎn)物最初的產(chǎn)物，大部分生長(zhǎng)在顆粒原始周界最初的產(chǎn)物，大部分生長(zhǎng)在顆粒原始周界以外由水所填充的空間，而后期的生長(zhǎng)則以外由水所填充的空間，而后期的生長(zhǎng)則在顆粒原始周界以內(nèi)的區(qū)域進(jìn)行。這兩部在顆粒原始周界以內(nèi)的區(qū)域進(jìn)行。這兩部分的分的 C-S-H C-

14、S-H ，即分別稱為，即分別稱為“外部產(chǎn)物外部產(chǎn)物”和和“內(nèi)部產(chǎn)物內(nèi)部產(chǎn)物”。隨著內(nèi)部產(chǎn)物的形成和發(fā)。隨著內(nèi)部產(chǎn)物的形成和發(fā)展，展， C C3 3S S的水化即由減速期向穩(wěn)定期轉(zhuǎn)變，的水化即由減速期向穩(wěn)定期轉(zhuǎn)變，逐漸進(jìn)入水化后期。逐漸進(jìn)入水化后期。3)、C3S的后期水化泰勒（泰勒（F.H.W TaylorF.H.W Taylor）認(rèn)為在水化過(guò)程中存在一個(gè)界面區(qū)，）認(rèn)為在水化過(guò)程中存在一個(gè)界面區(qū)，并逐漸推向顆粒內(nèi)部。水離解所成的并逐漸推向顆粒內(nèi)部。水離解所成的 H H+ +在內(nèi)部產(chǎn)物中從一在內(nèi)部產(chǎn)物中從一個(gè)氧原子（或水分子）轉(zhuǎn)移到另一個(gè)氧原子，一直到達(dá)個(gè)氧原子（或水分子）轉(zhuǎn)移到另一個(gè)氧原子，一直

15、到達(dá)C C3 3S S并與之作用，其情況與并與之作用，其情況與C C3 3S S直接接觸到水相差無(wú)幾。而界面直接接觸到水相差無(wú)幾。而界面區(qū)內(nèi)部區(qū)內(nèi)部CaCa2+2+和和SiSi4+4+則通過(guò)內(nèi)部產(chǎn)物向外遷移，轉(zhuǎn)入則通過(guò)內(nèi)部產(chǎn)物向外遷移，轉(zhuǎn)入 Ca(OH)Ca(OH)2 2和外部和外部C-S-HC-S-H。因此，在界面區(qū)內(nèi)是得到。因此，在界面區(qū)內(nèi)是得到H H+ +，失去，失去 CaCa2+2+和和SiSi4+4+，原子重新組排，從而使，原子重新組排，從而使C C3 3S S轉(zhuǎn)化成內(nèi)部轉(zhuǎn)化成內(nèi)部C-S-HC-S-H。如此，。如此，隨著界面區(qū)的向內(nèi)推進(jìn)，水化繼續(xù)進(jìn)行。由于空間限制及隨著界面區(qū)的向內(nèi)推

16、進(jìn)，水化繼續(xù)進(jìn)行。由于空間限制及離子濃度的變化，作為內(nèi)部產(chǎn)物的離子濃度的變化，作為內(nèi)部產(chǎn)物的C-S-HC-S-H，在形貌和成分等，在形貌和成分等方面和外部方面和外部C-S-HC-S-H會(huì)有所差異，通常是較為密實(shí)。會(huì)有所差異，通常是較為密實(shí)。三、硅酸二鈣222222CaOxCaSimH O=yH OOHO2-x CaOSiO2CxC-mH=H-2SCHS-x四、鋁酸三鈣鋁酸三鈣與水反應(yīng)迅速，其水化產(chǎn)物的組成與結(jié)構(gòu)受溶液中氧化鈣、氧化鋁離子濃度和溫度的影響很大。在常溫下，鋁酸三鈣依下式水化： 232322322Al OAl O2 327H O=19H OCaO4CaO2CaO Al O8H O 3

17、41982AA272H=HHCCC A C C4 4AHAH1919在低于在低于 85 %85 %的相對(duì)濕度時(shí)，即失去的相對(duì)濕度時(shí)，即失去 6 6 摩爾的結(jié)晶水而成為摩爾的結(jié)晶水而成為 C C4 4AHAH1313。C C4 4AHAH1919、C C4 4AHAH1313和和C C2 2AHAH8 8均為六方片狀晶體，在常溫下處于介穩(wěn)狀均為六方片狀晶體，在常溫下處于介穩(wěn)狀態(tài)，有向態(tài)，有向 C C3 3AHAH6 6等軸晶體轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)：等軸晶體轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)：常溫下CH過(guò)飽和時(shí)35時(shí) 2322323222Al OAl O4CaO2CaO2 3CaO Al13H O8HOO=6H O9H O 138

18、2643HH =AAAHC9CC2H 2232326H O=3CaO3CaOA6OAlHl OO 3366H=CCAAH 2223232OH12H3CaOCa4CaAl OAO=13H OOOl 3413H12CCH=CAAH 石膏在C3A水化中的作用單硫型水化硫鋁酸鈣，又稱鈣礬石(AFm) 。32CA/CSH3.0三硫型水化硫鋁酸鈣，又稱鈣礬石(AFt) 。1323432H314H=3ACHCHACCSCHS 32CA/CSH1.0 3213343123H2H =CCC3H2HA0AC2AHCSCS 32CA/CSH1.0 1312432HCH12H=2CHC AHCCAASCS 、五、鐵相

19、固溶體水泥熟料中一系列鐵相固溶體除用水泥熟料中一系列鐵相固溶體除用 C C4 4AF AF 作為其代作為其代表式外，還可以用表式外，還可以用 Fss Fss 來(lái)表示。來(lái)表示。 C C4 4AF AF 的水化速率比的水化速率比C C3 3A A略慢，水化熱較低，即使略慢，水化熱較低，即使單獨(dú)水化也不會(huì)引起瞬凝。鐵鋁酸鈣的水化反應(yīng)單獨(dú)水化也不會(huì)引起瞬凝。鐵鋁酸鈣的水化反應(yīng)及其產(chǎn)物與及其產(chǎn)物與C C3 3A A 極為相似。氧化鐵基本上起著與氧極為相似。氧化鐵基本上起著與氧化鋁相同的作用，也就是在水化產(chǎn)物中鐵置換部化鋁相同的作用，也就是在水化產(chǎn)物中鐵置換部分鋁，形成水化硫鋁酸鈣和水化硫鐵酸鈣的固溶分鋁

20、，形成水化硫鋁酸鈣和水化硫鐵酸鈣的固溶體，或者水化鋁酸鈣和水化鐵酸鈣的固溶體。體，或者水化鋁酸鈣和水化鐵酸鈣的固溶體。 4413CH22HCC4=2HAAFF 、 243232CH650AAH=HCFF2 C3CSHCS 、 3213343123H2H =AAA3H2CH2FFC0HCCCSCS 、第二節(jié) 硅酸鹽水泥的水化1、當(dāng)水泥與水拌合后，就立即發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，、當(dāng)水泥與水拌合后，就立即發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，水泥的各個(gè)組分開始溶解。所以經(jīng)過(guò)一極短瞬水泥的各個(gè)組分開始溶解。所以經(jīng)過(guò)一極短瞬間，填充在顆粒之間的液相已不再是純水，而間，填充在顆粒之間的液相已不再是純水，而是含有各種離子的溶液，主要為：是含

21、有各種離子的溶液，主要為：2 2、由于、由于C C3 3S S 迅速溶出迅速溶出Ca(OH )Ca(OH )2 2 ，所摻的石膏，所摻的石膏也很快溶解于水，特別是水泥粉磨時(shí)部分二水也很快溶解于水，特別是水泥粉磨時(shí)部分二水石膏可能脫水成半水石膏或可溶性硬石膏，其石膏可能脫水成半水石膏或可溶性硬石膏，其溶解速率更大。熟料中所含的堿溶解也快，甚溶解速率更大。熟料中所含的堿溶解也快，甚至至707080 %80 %的的 K K2 2SOSO4 4可在幾分鐘內(nèi)溶出。因此，可在幾分鐘內(nèi)溶出。因此，水泥的水化作用在開始后，基本上是在含堿的水泥的水化作用在開始后，基本上是在含堿的氫氧化鈣、硫酸鈣的飽和溶液中進(jìn)行

22、的。氫氧化鈣、硫酸鈣的飽和溶液中進(jìn)行的。水泥水化階段劃分1)、鈣礬石形成期 2)、C3S水化期 3)、結(jié)構(gòu)形成和發(fā)展期 1)1)、鈣礬石形成期：、鈣礬石形成期：C C3 3A A率先水化，在石膏存率先水化，在石膏存在條件下在條件下, ,迅速形成鈣礬石，是導(dǎo)致第一放熱迅速形成鈣礬石，是導(dǎo)致第一放熱峰的主要因素。峰的主要因素。 2)2)、C C3 3S S水化期：水化期：C C3 3S S開始迅速水化開始迅速水化, ,大量放熱大量放熱, ,形成第二放熱峰。有時(shí)會(huì)有第三放熱峰或在第形成第二放熱峰。有時(shí)會(huì)有第三放熱峰或在第二放熱上出現(xiàn)一個(gè)二放熱上出現(xiàn)一個(gè)“峰肩峰肩”, ,一般認(rèn)為是由于一般認(rèn)為是由于鈣

23、礬石轉(zhuǎn)化成單硫型水化硫鋁（鐵）酸鈣而引鈣礬石轉(zhuǎn)化成單硫型水化硫鋁（鐵）酸鈣而引起的。當(dāng)然起的。當(dāng)然, C, C2 2S S 與鐵相亦以不同程度參予了與鐵相亦以不同程度參予了這兩個(gè)階段的反應(yīng)這兩個(gè)階段的反應(yīng), ,生成相應(yīng)的水化產(chǎn)物。生成相應(yīng)的水化產(chǎn)物。 3)3)、結(jié)構(gòu)形成和發(fā)展期：放熱速率很低，趨于、結(jié)構(gòu)形成和發(fā)展期：放熱速率很低，趨于穩(wěn)定。隨著各種水化產(chǎn)物的增多穩(wěn)定。隨著各種水化產(chǎn)物的增多, ,填入原先由填入原先由水所占據(jù)的空間水所占據(jù)的空間, ,再逐漸連接，相互交織再逐漸連接，相互交織, ,發(fā)展發(fā)展成硬化的漿體結(jié)構(gòu)。成硬化的漿體結(jié)構(gòu)。第三節(jié) 水化速率一、基本知識(shí)1、水化速率熟料礦物或水泥的水

24、化速率常以單位時(shí)間內(nèi)的水化程度或水化深度來(lái)表示。2、水化程度h水化程度是指在一定時(shí)間內(nèi)發(fā)生水化作用的量和完全水化量的比值；3、水化深度a水化深度是指已水化層的厚度。4、水化程度與水化深度的關(guān)系3mdh=11 a25、影響水泥水化速率的因素決定水泥水化速率的因素，主要是熟料礦物組成與結(jié)構(gòu)，而水泥的細(xì)度、加水量、養(yǎng)護(hù)溫度、混合材以及外加劑的性質(zhì)等，都會(huì)對(duì)水化速率有一定影響。二、熟料礦物的水化速率1、測(cè)定水化速率的方法測(cè)定水化速率的方法有直接法和間接法兩類。1）直接法是利用巖相分析、 x 射線分析或熱分析等方法，定量地測(cè)定已水化和未水化部分的數(shù)量。2）間接法則有測(cè)定結(jié)合水、水化熱或Ca(OH)2 生

25、成量等方法。比較：比較：其中以結(jié)合水法較為簡(jiǎn)便，將所測(cè)各齡期化學(xué)結(jié)合的水量與完全水化時(shí)的結(jié)合水量相比，即可計(jì)算出不同齡期的水化程度。礦礦 物物水水 化化 時(shí)時(shí) 間間3天天7天天28天天3月月6月月C3S33.242.365.592.293.1C2S6.79.610.327.027.4C3A78.176.479.788.390.8C4AF64.366.068.886.589.4熟料礦物的水化程度(%)熟料礦物的水化深度m(d0=50m)礦礦 物物3天天7天天28天天3月月6月月C3S3.14.27.514.314.7C2S0.60.80.92.52.8C3A9.69.910.312.813.7C

26、4AF7.37.68.012.213.2對(duì)比水泥熟料礦物在不同齡期時(shí)的水化程度單獨(dú)水化在水泥中水化三、細(xì)度和水灰比的影響1、細(xì)度影響在其他條件相同的情況下，反應(yīng)物參與反應(yīng)的表面積越大，其反應(yīng)速率越快。提高水泥的細(xì)度，增加表面積，可以使誘導(dǎo)期縮短，第二個(gè)放熱峰提前。而較粗的顆粒則相反，各階段的反應(yīng)都較慢。2、水灰比影響水灰比在0.25-1.0間水化，對(duì)水泥的早期水化速率并無(wú)明顯影響。水灰比過(guò)小時(shí)，后期的水化反應(yīng)延緩。在密閉的容器中水化時(shí)，水灰比宜在 0.4 以上。高水灰比的漿體，早期反應(yīng)稍慢，而到 10 天以后的水化程度反而較大。四、溫度與水化速率的關(guān)系溫度升高，水化加速。C3S的誘導(dǎo)期縮短，第

27、二個(gè)放熱峰提前，加速期和減速期也相應(yīng)提前結(jié)束。C2S 受溫度的作用更大，C3A 在常溫時(shí)水化就快，放熱也多，所以溫度對(duì)其水化速率的影響就不太明顯。由圖可見，溫度越高,結(jié)合水量越多，表示水化越快，而且溫度對(duì)水泥早期水化速率的影響較大，水化程度的差別到后期即漸趨縮小。非常溫條件下在低溫條件下,硅酸鹽水泥及其組成礦物的水化機(jī)理與常溫時(shí)相比并無(wú)明顯差異。C3S 的誘導(dǎo)期雖要延長(zhǎng)，但以后仍有相當(dāng)?shù)乃俾?而受到影響最大的則是-C2S 。實(shí)驗(yàn)證明，硅酸鹽水泥在-5 的環(huán)境溫度下還能繼續(xù)進(jìn)行水化，但到-10以下,水化即趨于停止。當(dāng)在100以下較高溫度水化時(shí),誘導(dǎo)期縮短,第二放熱峰升高變陡,表明在誘導(dǎo)期結(jié)束

28、后水化極為迅速。但后期的水化速率反而減小,這可能是由于過(guò)快密實(shí)的C-S-H 凝膠形成包裹層的緣故。其水化產(chǎn)物的種類與常溫時(shí)相同。第四節(jié) 水泥的凝結(jié)、硬化過(guò)程一、水泥水化硬化過(guò)程水泥加水拌成的漿體，起初具有可塑性和流動(dòng)性。隨著水化反應(yīng)的不斷進(jìn)行，漿體逐漸失去流動(dòng)能力，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢◤?qiáng)度的固體，即為水泥的凝結(jié)和硬化。水化是水泥產(chǎn)生凝結(jié)硬化的前提，而凝結(jié)硬化則是水泥水化的結(jié)果。水泥石結(jié)構(gòu) 硬化水泥漿體是一非均質(zhì)的多相體系，由各種水化產(chǎn)物和殘存熟料所構(gòu)成的固相以及存在于孔隙中的水和空氣所組成，所以是固-液-氣三相多孔體。它具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和孔隙率，而外觀和其他性能又與天然石材相似，因此通常又稱之為水

29、泥石。水泥石的化學(xué)組成據(jù)泰勒測(cè)定，在水化3個(gè)月的硅酸鹽水泥漿體(W/C0.5)中，各種組成的體積比約為: C-S-H 凝膠40%Ca(OH)2 12%包括(l %碳酸鈣)單硫型水化硫鋁酸鈣 16 %孔隙 24 %未反應(yīng)的殘留熟料尚有 8 %。二、漿體結(jié)構(gòu)的形成和發(fā)展有關(guān)水泥凝結(jié)硬化過(guò)程，硬化漿體結(jié)構(gòu)的形成和發(fā)展，歷來(lái)進(jìn)行了不少研究。結(jié)晶理論1887 年雷霞特利（雷霞特利（H.Lechatelier）提出結(jié)晶理論結(jié)晶理論。他認(rèn)為水泥之所以能產(chǎn)生膠凝作用，是由于水化生成的晶體互相交叉穿插，聯(lián)結(jié)成整體的緣故。按照這種理論，水泥的水化、硬化過(guò)程是：水泥中各水泥中各熟料礦物首先溶解于水，與水反應(yīng)，生成的水化產(chǎn)物熟料礦物首先溶解于水，與水反應(yīng)，生成的水化產(chǎn)物由于溶解度小于反應(yīng)物，所以就結(jié)晶沉淀出來(lái)。隨后由于溶解度小于反應(yīng)物，所以就結(jié)晶沉淀出來(lái)。隨后熟料礦物繼續(xù)溶解，水化產(chǎn)物不斷沉淀，如此溶解一熟料礦物繼續(xù)溶解，水化產(chǎn)物不斷沉淀，如此溶