硅酸鹽水泥的水化與硬化 水泥工藝學

§7硅酸鹽水泥的水化與硬化

§7.1熟料礦物的水化一、硅酸三鈣1.C3S的水化反應3CaO·SiO2+nH2O=xCaO·SiO2·yH2O+（3-x）Ca(OH)2即:C3S+nH=C-S-H+（3-x)CH式中x——表示鈣硅比（C/S）n——表示結合水量⑴C-S-H（水化硅酸鈣）特點：凝膠（非晶體），水泥石強度主要提供物質組成不固定：[CaO]：0.112～1.12g/l時，C-S-H（Ⅰ）(0.8～1.5)CaO·SiO2·(0.5～2.5)H2O[CaO]>1.12g/l時，C-S-H（Ⅱ）(1.5～2.0)CaO·SiO2·(1～4)H2O⑵CH（氫氧化鈣）特點：較粗大晶體，造成水泥石強度下降；維持水泥石體系較高堿度，穩(wěn)定C-S-H；可作為火山灰質等混合材的堿性激發(fā)劑。2.水化過程

⑴誘導前期急劇反應，出現(xiàn)第一個放熱峰，時間很短，在15min以內結束。⑵誘導期:反應極其緩慢，又稱靜止期。一般持續(xù)1～4ｈ，是硅酸鹽水泥漿體能在幾小時內保持塑性的原因。初凝時間基本上相當于誘導期的結束。⑶加速期:反應重新加快，出現(xiàn)第二個放熱峰，到達峰頂時本階段即告結束(4～8h)。此時終凝已過，開始硬化。⑷減速期：反應速率隨時間下降的階段，約持續(xù)12～24h，水化作用逐漸受擴散速率的控制。⑸穩(wěn)定期：反應速率很低、基本穩(wěn)定的階段，水化作用完全受擴散速率控制。二、硅酸二鈣β型硅酸二鈣的水化過程和C3S極為相似，β-C2S的水化反應可采用下式表示:2CaO·SiO2+mH2O=xCaO·SiO2·yH2O+(2-x)Ca(OH)2即:

C2S十mH=C-S-H+(2-x)CH與硅酸三鈣水化相似，區(qū)別在于：1、水化速率為硅酸三鈣的1/20；2、水化形成的Ca(OH)2、C-S-H結晶困難，單獨水化速度極慢，但是在硅酸鹽水泥水化時受到硅酸三鈣影響而水化加快。三、鋁酸三鈣鈣在常溫下:2C3A+27H=C4AH19+C2AH8C4AH19在低于85%的相對濕度度時，即失去去6摩爾的結結晶水而成為為C4AH13。C4AH19、C4AH13和C2AH8均為六方片片狀晶體，，在常溫下下處于介穩(wěn)穩(wěn)狀態(tài)，有有向C3AH6等軸晶體轉轉化的趨勢勢。在液相的氧氧化鈣濃度度達到飽和和時，C3A+CH+12H=C4AH13在硅酸鹽水水泥漿體的的堿性液相相中最易發(fā)發(fā)生；處于堿性介介質中的C4AH13在室溫下能能夠穩(wěn)定存存在，其數數量迅速增增多，就足足以阻礙粒粒子的相對對移動，使使?jié){體產生生瞬時凝結結。在水泥粉磨磨時通常都都摻有石膏膏進行緩凝凝。在石膏、氧氧化鈣同時時存在的條條件下：：C4AH13+3CH2+14H=+CH所形成的三三硫型水化化硫鋁酸鈣鈣，又稱鈣礬石。由于其中中的鋁可被被鐵置換而而成為含鋁鋁、鐵的三三硫酸鹽相相，故常以AFt表示。鈣礬石不不溶于堿溶溶液而在C3A表面沉淀淀形成致密密的保護層層，阻礙了了水與C3A進一步反反應，因此此降低了水水化速度，，避免了急急凝。當C3A尚未完全全水化而石石膏已經耗耗盡時：C3A水化所成成的C4AH13又能與先前前形成的鈣鈣礬石依下下式反應，，生成單硫硫型水化硫硫鋁酸鈣（（AFm）+2C4AH13=3+2CH+20HC3A的水化產產物CaSO4·2H2O/C3A（摩爾比）水化產物3.0AFt1.0～3.0AFt+AFm1.0AFm<1.0單硫型固溶體0水石榴石C3AH6四、鐵相固固溶體鐵鋁酸鈣的的水化反應應及其產物物與C3A極為相似似。氧化鐵鐵基本上起起著與氧化化鋁相同的的作用，也也就是在水水化產物中中鐵置換部部分鋁，形形成水化硫硫鋁酸鈣和和水化硫鐵鐵酸鈣的固固溶體，或或者水化鋁鋁酸鈣和水水化鐵酸鈣鈣的固溶體體。§7.2硅硅酸鹽水水泥的水化化一、水化過過程第三個峰：：水泥中硫酸酸鹽含量一一般不足以以將全部C3A轉化為AFt相，，因而剩余余的C3A與AFt相將轉化化為AFm即單硫酸酸鹽相。第一個峰：：AFt相相的形成第二個峰：：相當于C3S的水化二、影響水水泥水化的的因素1.水泥泥礦物組成成和晶體結結構2.水泥泥細度和水水灰比水泥粉磨得得越細，比比表面積就就越大，與與水接觸的的面積也越越大，在其其他條件相相同的情況況下，水化化反應就會會越快；水水灰比在一一定范圍內內變化時，，適當增大大水灰比，，可以增大大水化反應應的接觸面面積，使水水化速度加加快。3.溫度度4.外加劑劑促凝劑、早早強劑、緩緩凝劑等§7.3硬硬化水泥漿漿體一、漿體結結構的形成成和發(fā)展第一階段：：大約從水水泥加水起起到初凝為為止。C3S和水迅速速反應生成成Ca(OH)2過飽和溶液液，并析出出Ca(OH)2晶體。同時時石膏也很很快進入溶溶液與C3A和C4AF反應，，生成細小小的鈣礬石石晶體。在這一階段段，由于生生成的產物物層阻礙了了反應進一一步進行，，同時，水水化產物尺尺寸細小，，數量又少少，不足以以在顆粒間間架橋連接接形成網絡絡狀結構，，水泥漿體體仍呈塑性性狀態(tài)。第二階段：：大約從初初凝到加水水24h為為止。水泥水化開開始加速，，生成較多多的Ca(OH)2和鈣礬石晶晶體，同時時水泥顆粒粒上升開始始長出纖維維狀的C-S-H。。由于鈣礬礬石晶體的的長大和C-S-H的大量形形成、增長長而相互交交錯連接成成網狀結構構，水泥開開始凝結，，隨網狀結結構不斷加加強，強度度也相應增增長，將剩剩留在顆粒粒之間空隙隙中的游離離水逐漸分分割成各種種尺寸的水水滴，填充充在相應大大小的孔隙隙之中。第三階段：：加水24h以后，，直到水化化結束這一階段，，石膏已基基本耗盡，，鈣礬石開開始轉化為為單硫型水水化硫鋁酸酸鈣，還可可能會形成成C4(A·F)H13。隨著水化化的進行，，各種水化化產物的數數量不斷增增加，晶體體不斷長大大，使硬化化的水泥漿漿體結構更更加致密，，強度逐漸漸提高。二、硬化水水泥漿體的的結構硬化的水泥泥漿體是一一個非均質質的多相體體系，是由由各種水化化產物和殘殘存熟料所所構成的固固相、孔隙隙、存在于于孔隙中的的水及空氣氣所組成。。即硬化水水泥漿體是是固、液、氣氣三相共存存的多孔體體。1.水化化產物的基基本特征各種水化產產物的相對對含量為：：C-S-H凝膠約約70%，，Ca(OH)2約20%，，鈣礬石石和單硫型型水化硫鋁鋁酸鈣約7%，未完完全水化的的殘留熟料料和其他微微量組分約約3%。2.孔結結構⑴C-S-H中的的層間空間間（又稱稱凝膠孔））C-S-H中的層間間空間的寬寬度為1.8nm，，在固體C-S-H中孔隙率率占28％％。該尺寸寸太小不會會對水化水水泥漿體的的強度和滲滲透性起不不良影響。。但水在這些些小孔隙中中為氫鍵所所固定，在在某些條件件下會移去去，可以造造成干縮和和徐變。⑵毛細孔孔毛細孔代表表未被水化化水泥漿固固體組分所所填充的空空間。水化化良好的低低水灰比漿漿體中，毛毛細孔在10～50nm范圍圍內；在高高水灰比漿漿體中，水水化早期毛毛細孔可大大至3～5um。大于50nm的毛細細孔已被假假定為是危危害強度和和抗?jié)B性的的，而小于于50nm的孔則對對干縮和徐徐變有更大大的重要性性。⑶氣孔氣孔一般呈呈圓形，而而毛細孔則則呈不規(guī)則則形狀。在水化水泥泥漿體中，，陷進的氣氣孔可大至至3mm，，對水泥石石強度和抗抗?jié)B性影響響非常大；；混凝土中中常常摻入入引氣劑，，其目的是是在水泥漿漿體中引入入非常細小小的氣孔，，引入的氣氣孔大致范范圍在50～200um，有有利于抗?jié)B滲性的改善善。3.水及及其存在形形式結晶水：是是各種水化化產物結構構的整體部部分，在干干燥時不會會失去。當當水化產物物受熱分解解時化學結結合水才會會放出。吸附水：細細毛細管（（5～50nm）中中毛細張力力所固定的的水；固體體表面物理理吸附水；；C-S-H層間為為氫鍵所牢牢固固定的的水等。失失去吸附水水將引起水水化水泥漿漿體的收縮縮。自由水：在在>50nm數量級級的大孔中中的水，可可視為自由由水。失去去自由水不不會造成任任何體積改改變。9、靜夜四無無鄰，荒居居舊業(yè)貧。。。12月-2212月-22Wednesday,December7,202210、雨中中黃葉葉樹，，燈下下白頭頭人。。。21:24:5121:24:5121:2412/7/20229:24:51PM11、以以我我獨獨沈沈久久，，愧愧君君相相見見頻頻。。。。12月月-2221:24:5121:24Dec-2207-Dec-2212、故人江江海別，，幾度隔隔山川。。。21:24:5121:24:5121:24Wednesday,December7,202213、乍乍見見翻翻疑疑夢夢，，相相悲悲各各問問年年。。。。12月月-2212月月-2221:24:5121:24:51December7,202214、他鄉(xiāng)鄉(xiāng)生白白發(fā)，，舊國國見青青山。。。07十十二二月20229:24:51下下午21:24:5112月月-2215、比不了了得就不不比，得得不到的的就不要要。。。十二月229:24下午午12月-2221:24December7,202216、行動出成果果，工作出財財富。。2022/12/721:24:5121:24:5107December202217、做前，能夠夠環(huán)視四周；；做時，你只只能或者最好好沿著以腳為為起點的射線線向前。。9:24:51下午9:24下下午21:24:5112月-229、沒沒有有失失敗敗，，只只有有暫暫時時停停止止成成功功??！。。12月月-2212月月-22Wednesday,December7,202210、很多事事情努力力了未必必有結果果，但是是不努力力卻什么么改變也也沒有。。。21:24:5121:24:5121:2412/7/20229:24:51PM11、成功功就是是日復復一日日那一一點點點小小小努力力的積積累。。。12月月-2221:24:5121:24Dec-2207-Dec-2212、世間成事，，不求其絕對對圓滿，留一一份不足，可可得無限完美美。。21:24:5121:24:5121:24Wednesday,December7,202213、不不知知香香積積寺寺，，數數里里入入云云峰峰。。。。12月月-2212月-2221:24:5121:24:51December7,202214、意志志堅強強的人人能把把世界界放在在手中中像泥泥塊一一樣任任意揉揉捏。。07十十二二月20229:24:51下下午21:24:5112月月-2215、楚塞三三湘接，，荊門九九派通。。。。十二月229:24下午午12月-2221:24December7,202216、少年十十五二十十時，步步行奪得得胡馬騎騎。。2022/12/721:24:5121:24:5107December202217、空山山新雨雨后，，天氣氣晚來來秋。。。9:24:51下下午9:24下下午午21:24:5112月月-229、楊楊柳柳散散和和風風，，青青山山澹澹吾吾慮慮。。。。12月月-2212月月-22Wednesday,December7,202210、閱讀一一切好書書如同和和過去最最杰出的的人談話話。21:24:5121:24:5121:2412/7/20229:24:51PM11、越是沒有本本領的就越加加自命不凡。。12月-2221:24:5121:24Dec-2207-Dec-2212、越是無能能的人，越越喜歡挑剔剔別人的錯錯兒。21:24:5121:24:5121:24W