硅酸鹽水泥的水化與硬化課件

第七章硅酸鹽水泥的水化與硬化本章主要內(nèi)容：熟料礦物的水化硅酸鹽水泥的水化水化速率硬化水泥漿體硅酸鹽水泥的水化與硬化課件1補(bǔ)充：◆熟料礦物水化的原因·熟料礦物結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。

造成熟料礦物結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的原因是：

⑴熟料燒成后快速冷卻，使其保留了介穩(wěn)狀態(tài)的高溫型晶體結(jié)構(gòu)；⑵熟料中的礦物不是純的C3S和C2S，而是Alite和Belite等有限固溶體；⑶微量元素的摻雜使晶格排列的規(guī)律性受到某種程度的影響。·熟料礦物中鈣離子的氧離子配位不規(guī)則。補(bǔ)充：◆熟料礦物水化的原因2◆水泥的水化、凝結(jié)、硬化水化－物質(zhì)由無水狀態(tài)變?yōu)橛兴疇顟B(tài)，由低含水變?yōu)楦吆y(tǒng)稱為水化。凝結(jié)－水泥加水拌和初期形成具有可塑性的漿體，然后逐漸變稠并失去可塑性的過程稱為凝結(jié)。硬化－此后，漿體的強(qiáng)度逐漸提高并變成堅(jiān)硬的石狀固體（水泥石），這一過程稱為硬化。

◆水泥的水化、凝結(jié)、硬化水化－物質(zhì)由無水狀態(tài)變?yōu)橛兴疇顟B(tài)，由3§7.1熟料礦物的水化一.C3S的水化1、常溫下的水化反應(yīng)3CaO.SiO2+nH2O=xCaO.SiO2.yH2O+(3-x)Ca(OH)2

簡寫為：C3S+nH=C-S-H+(3-x)CH水化產(chǎn)物：水化硅酸鈣（也稱C-S-H凝膠）和氫氧化鈣。§7.1熟料礦物的水化4水化產(chǎn)物C-S-H的組成是不定的，其CaO/SiO2比與所處的溶液的Ca(OH)2濃度有關(guān)：·〔CaO〕﹤1mmol/l，Ca(OH)2硅酸凝膠·〔CaO〕﹤1-2mmol/l，C-S-H硅酸凝膠·〔CaO〕﹤2-20mmol/l，

C/S比為（0.8-1.5）C-S-H，稱為C-S-H（Ⅰ）·〔CaO〕達(dá)飽和﹥20mmol/l，

C/S比為（1.5-2.0）C-S-H，稱為C-S-H（Ⅱ）水化產(chǎn)物C-S-H的組成是不定的，其Ca52.C3S水化過程

Ⅰ：誘導(dǎo)前期（時(shí)間：15分鐘）

反應(yīng)：激烈—第一個放熱峰，鈣離子濃度迅速提高漿體狀態(tài)：是具有流動性（Ca(OH)2沒有飽和）Ⅱ：誘導(dǎo)期又稱靜止期（時(shí)間：2—4小時(shí)）反應(yīng)：極慢——放熱底谷：鈣離子濃度增高慢

漿體狀態(tài)：Ca(OH)2達(dá)飽和：此間：具有流動性，結(jié)束：失去流動性，達(dá)初凝Ⅲ：加速期（時(shí)間：4~8小時(shí)）反應(yīng)：又加快——第二放熱高峰漿體狀態(tài)：Ca(OH)2過飽和最高：生成Ca(OH)2、填充空隙、中期：失去可塑性、達(dá)終凝，后期：開始硬化Ⅳ：減速期（時(shí)間：12—24小時(shí)）反應(yīng)：隨時(shí)間的增長而下降原因：在C3S表面包裹產(chǎn)物—阻礙水化。

Ⅴ:穩(wěn)定期反應(yīng)：很慢—基本穩(wěn)定（只到水化結(jié)束）原因：產(chǎn)物層厚：水很少—產(chǎn)物擴(kuò)散困難。2.C3S水化過程6◆誘導(dǎo)期的本質(zhì)保護(hù)膜理論晶核形成延緩理論晶格缺陷的類別和數(shù)量是決定誘導(dǎo)期長短的主要因素◆誘導(dǎo)期的本質(zhì)7二.C2S水化C2S的水化過程與C3S相似，也有靜止期，加速期等，但水化速率很慢約為C3S的1/20水化反應(yīng)：C2S+mH→C-S-H+（2-X）CH

水化產(chǎn)物：生成C-S-H和Ca(OH)2二.C2S水化8三.C3A水化：水化迅速，其水化產(chǎn)物的組成與結(jié)構(gòu)受溶液中CaO、Al2O3離子濃度和溫度的影響很大。1、C3A單獨(dú)水化常溫：C3A+27H→C4AH19+C2AH8相對濕度﹤85﹪時(shí)

C4AH19→C4AH13+6H

C4AH13+C2AH8→

C3AH6+9H2OT﹥35℃：C3A+6H2O→C3AH6特點(diǎn)：水化速度快→水化熱多→T升高→反應(yīng)速度極快→急凝→很快失去流動性三.C3A水化：92.C3A在液相CaO濃度達(dá)飽和時(shí)

C3A+CH+12H→C4AH13

瞬凝原因：水泥顆粒表面形成大量C4AH13，其數(shù)量迅速增多，足以阻礙粒子的相對運(yùn)動。2.C3A在液相CaO濃度達(dá)飽和時(shí)103.在石膏存在條件下的水化·石膏（充足）、CaO同時(shí)存在時(shí)

C3A+CH+12H→C4AH13C4AH13+3CSH2+14H

→C3A·3CS·H32

+CH

（三硫型水化硫鋁酸鈣Aft，又稱鈣礬石）·C3A未完全水化而石膏已經(jīng)耗盡時(shí)2C4AH13+C3A·3CS·H32→3C3A·CS·H12

+CH+20H

(單硫型水化硫鋁酸鈣Afm)·石膏摻量極少，所有的Aft都轉(zhuǎn)化為Afm還有C3A剩余C3A·CS·H12+

C3A+CH+12H→2C3A（CS·CH）H123.在石膏存在條件下的水化11四.鐵相固溶體的水化

比C3A水化慢，單獨(dú)水化，也不會急凝，其水化反應(yīng)和產(chǎn)物與C3A相似。1.無石膏時(shí)，在Ca(OH)2環(huán)境水化常溫：C4AF+4CH+22H→2C4（A·F）H13T＞50℃：C4AF+6H→C3（A·F）H6

2.有石膏存在時(shí)C4AF+2CH+6CSH2+50H→2C3(A·F)·3CS·H323.石膏不足時(shí)2C4(A·F)·H13+C3(A·F)·3CS·H32→3C3(A·F)·CS·H12+2CH+20H四.鐵相固溶體的水化12§7.2硅酸鹽水泥的水化

一.水化反應(yīng)體系的特點(diǎn)水泥的水化基本上是在Ca(OH)2和石膏的飽和溶液或過飽和溶液中進(jìn)行的，并且還會有K+、Na+等離子。熟料首先在此種溶液中解體，分散，懸浮在液相中，各單體礦物進(jìn)行水化，水化產(chǎn)物彼此間又化合，之后水化產(chǎn)物凝結(jié)、硬化，發(fā)揮強(qiáng)度，因此，水化過程實(shí)際上就是熟料解體——水化——水化產(chǎn)物凝聚——水泥石。開始是解體、水化占主導(dǎo)作用，以后是凝聚占主導(dǎo)作用。§7.2硅酸鹽水泥的水化13二.水化反應(yīng)及水化產(chǎn)物1.水化反應(yīng)簡圖如下：二.水化反應(yīng)及水化產(chǎn)物14綜上所述，水泥的水化反應(yīng)過程如下：水泥加水后，C3S、C3A、C4AF均很快水化，同時(shí)石膏迅速溶解，形成Ca(OH)2與

CaSO4的飽和溶液，水化產(chǎn)物首先出現(xiàn)六方板狀的Ca(OH)2與針狀的AFt相以及無定形的C-S-H。之后，由于不斷生成AFt相，SO42-不斷減少，繼而形成AFm相及C-A-H晶體和C4（A·F）·H13晶體。

綜上所述，水泥的水化反應(yīng)過程如下：152.水化產(chǎn)物常溫下的主要水化產(chǎn)物：常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)（≤100℃）時(shí)的水化產(chǎn)物：水化硅酸鈣Ca(OH)2水化硫鋁（鐵）酸鈣固溶體：水化鋁（鐵）酸鈣及其固溶體：一般生成物C4（A·F）H13最終生成物C3AH6--C3FH6固溶體，溶解度小，抗硫酸鹽能力強(qiáng)三硫型的針狀單硫型的六方片狀：最終C-S-H（Ⅱ）C4A·C4F·不穩(wěn)定，易轉(zhuǎn)變?yōu)镃3AH6、C3（AF）H6AFt相分解為Afm相和CaSO42.水化產(chǎn)物常溫下的主要水化產(chǎn)物：水化硅酸鈣三硫型的針狀C-16三.水泥水化過程·鈣礬石形成期：C3A率先水化→第一放熱峰·C3S水化期：C3S水化→第二放熱峰·結(jié)構(gòu)形成和發(fā)展期:

三.水泥水化過程17§7.3水化速率一.水化速率的表示方法水化速率的意義：水化速率影響水泥強(qiáng)度的發(fā)揮和安定性表示方法：

水化速率：單位時(shí)間內(nèi)的水化程度或水化深度

水化程度：在一定的時(shí)間內(nèi)水泥發(fā)生水化作用的量和完全水化量的比值，以百分率表示。

水化深度：水泥顆粒已水化層的厚度，以微米表示。

§7.3水化速率18·測定方法：直接法:定量地測定已水化和未水化部分的數(shù)量。如巖相分析、x射線分析、熱分析等間接法：測定結(jié)合水、水化熱或Ca(OH)2生成量等方法。水化深度h與水化程度a的關(guān)系：直接法:定量地測定已水化和未水化部分的數(shù)量。如巖相分析、x射19二.礦物水化速度28天前：C3A＞C4AF＞C3S＞C2S3—6月：C3S＞C3A＞C4AF＞C2S二.礦物水化速度20

三.影響水化速率的因素

1.熟料的礦物組成28天內(nèi)各礦物的水化速度為C3A＞C3S＞

C4AF＞C2S或C3A＞C4AF＞C3S＞C2S。各熟料礦物的水化活性主要與礦物的晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。（與不規(guī)則配位、高配位造成的晶體結(jié)構(gòu)缺陷有關(guān)）2.水泥細(xì)度：

·細(xì)度越細(xì)，反應(yīng)物的表面積越大，反應(yīng)速度越快；

·磨細(xì)的過程中，使晶格扭曲程度增大，晶格缺陷增加，反應(yīng)活性高，使水化反應(yīng)易于進(jìn)行。

·細(xì)度增加使早期水化反應(yīng)和強(qiáng)度提高，對后期強(qiáng)度沒有很多益處。

三.影響水化速率的因素213.水灰比

水灰比在0.25～1.0之間，對早期水化速率并無明顯影響，但水灰比過小，會使后期的水化反應(yīng)延緩。為了達(dá)到充分水化的目的，拌和水量應(yīng)為化學(xué)反應(yīng)所需水量的一倍左右。水灰比宜在0.4以上?！び绊懰俣?；·影響水泥漿的結(jié)構(gòu)和孔隙率；·影響強(qiáng)度。4.養(yǎng)護(hù)溫度

溫度越高，速度越快。溫度對水化速度的影響主要在早期，對后期影響不大。；溫度低于-10℃水泥基本不發(fā)生水化。3.水灰比22

5.外加劑：施工時(shí)“加入少量能調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間的物質(zhì)絕大多數(shù)無機(jī)電解質(zhì)都有促進(jìn)水泥水化的作用，如CaCl2;多數(shù)有機(jī)外加劑對水化有延緩作用，常用各種木質(zhì)素磺酸鈉。

促凝劑：CaCl2：液相鈣離子濃度高、加快Ca(OH)2的結(jié)晶，縮短誘導(dǎo)期。

緩凝劑：葡萄糖酸——阻礙C-S-H成核木質(zhì)素磺酸鹽—推遲Ca(OH)2結(jié)晶

早強(qiáng)劑：三乙醇胺：對C3SC2S有催化：砼28天強(qiáng)度高40%以上5.外加劑：施工時(shí)“加入少量能調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間的物質(zhì)23§7.4硬化水泥漿體一、凝結(jié)硬化過程及概念水泥的凝結(jié)和硬化：水泥加水拌成的漿體，起初具有流動性和可塑性。隨著水化反應(yīng)的不斷進(jìn)行，漿體逐漸失去流動性，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢◤?qiáng)度的固體，即為水泥的凝結(jié)和硬化?！つY(jié)：漿體失去流動性和部分可塑性具有塑性強(qiáng)度·

硬化：完全失去可塑性，具有一定的機(jī)械強(qiáng)度

§7.4硬化水泥漿體24水化是凝結(jié)硬化的前提，而凝結(jié)硬化則是水化的結(jié)果。從整體上看，凝結(jié)與硬化是同一過程的不同階段，凝結(jié)標(biāo)志著漿體失去流動性，而具有一定的塑性強(qiáng)度，硬化則表示漿體固化后產(chǎn)生一定的機(jī)械強(qiáng)度。水化是凝結(jié)硬化的前提，而凝結(jié)硬化則是水化的結(jié)果。從整體上看，25二.漿體結(jié)構(gòu)的形成與發(fā)展（凝結(jié)硬化機(jī)理）補(bǔ)充：物質(zhì)凝聚的幾種形式1.物質(zhì)從過飽和溶液中結(jié)晶出來，形成晶體相互交織的產(chǎn)物。如半水石膏-通過結(jié)晶使?jié){體獲得強(qiáng)度2.形成半固體的凝膠如石灰漿的結(jié)硬-通過凝聚而獲得強(qiáng)度二.漿體結(jié)構(gòu)的形成與發(fā)展（凝結(jié)硬化機(jī)理）26

凝結(jié)硬化過程機(jī)理（參考普硅P74)·雷霞特利的結(jié)晶理論·米哈艾利斯的膠體理論溶解期·拜依柯夫理論膠化期結(jié)晶期·洛赫爾理論凝結(jié)硬化過程機(jī)理（參考普硅P74)27

洛赫爾等人將凝結(jié)硬化過程中體系結(jié)構(gòu)的變化分為三個階段：

·第一階段：初凝時(shí)間內(nèi)，晶體太小，不能連接成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，水泥漿成塑性狀態(tài)，孔隙率沒顯著下降。

·第二階段：大約從初凝到24小時(shí)為止，水化開始加速，連接成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，隨著水化物的繼續(xù)增多，孔隙率明顯減少，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不斷致密，強(qiáng)度不斷增長。

·第三階段：24小時(shí)后到水化結(jié)束，孔隙率不斷減小，結(jié)構(gòu)致密，強(qiáng)度增加。洛赫爾等人將凝結(jié)硬化過程中體系結(jié)構(gòu)的變化28·統(tǒng)一觀點(diǎn)：P190

·水泥的水化反應(yīng)開始為化學(xué)反應(yīng)所控制，隨著水化產(chǎn)物層的增厚，擴(kuò)散速率成為決定性因素?！じ鞣N水化產(chǎn)物通過晶體互相搭接、交叉攀附使水泥顆粒與水化產(chǎn)物連接，構(gòu)成一個三度空間牢固結(jié)合、密實(shí)的整體。·統(tǒng)一觀點(diǎn)：P19029三.硬化水泥漿體的組成與結(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，是固-液-氣三相多空體。它具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和孔隙率，外觀和其他性能又與天然石材相似，故又稱為水泥石。三.硬化水泥漿體的組成與結(jié)構(gòu)30

·

水泥石的組成:結(jié)晶程度較差的凝膠

C-S-H：70%結(jié)晶程度較好的Ca(OH)2：20%

固相結(jié)晶程度較好的Afm、Aft：7%

及水化鋁酸鈣等晶體

未水化殘留熟料和其它微量組份：3%毛細(xì)孔：未被外部水化產(chǎn)物填充

孔隙

凝膠孔：凝膠微孔水：100%孔內(nèi)全為水·水泥石的組成:31硬化水泥漿體主要水化產(chǎn)物的基本特征名稱密度結(jié)晶程度形貌尺寸μΜ

鑒別手段C-S-H2.3～2.6極差纖維狀、網(wǎng)絡(luò)狀、皺箔狀等大顆粒1×0.1掃描電鏡氫氧化鈣2.24良好六方板狀0.01～0.1mm光學(xué)顯微鏡掃描電鏡鈣礬石1.75好帶棱針狀10×0.5光學(xué)顯微鏡掃描電鏡單硫型水化硫鋁酸鈣1.95尚好六方薄片狀不規(guī)則花瓣?duì)?×1×0.1掃描電鏡硬化水泥漿體主要水化產(chǎn)物的基本特征名稱密度結(jié)晶程度形貌尺寸鑒32硬化水泥漿體的結(jié)構(gòu)：

水泥石由水泥凝膠、吸附在凝膠孔內(nèi)的凝膠水、Ca(OH)2等結(jié)晶相、未水化的水泥顆粒、毛細(xì)孔及毛細(xì)孔水所組成。硬化水泥漿體的結(jié)構(gòu)：33三、孔的結(jié)構(gòu)特征1、孔的產(chǎn)生：礦物完全水化：理論W/C=0.2-0.6實(shí)際砂漿：W/C=0.5（國標(biāo)實(shí)驗(yàn)）所以：理論加水遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際加水：多余水變成固相體積孔隙

2、孔的形成及影響24小時(shí)后：70-80%孔小于100nm孔直徑大于100nm（大毛細(xì)孔）：強(qiáng)度降低凝膠孔小于100nm越多：強(qiáng)度越高3、孔的分類（見P199表8-9）三、孔的結(jié)構(gòu)特征34四.水及其存在形式

◆

按結(jié)合牢固程度分為：結(jié)晶水：強(qiáng)結(jié)晶水：以O(shè)H-

狀態(tài)存在弱結(jié)晶水：以水分子狀態(tài)存在吸附水：是由于吸附作用及毛細(xì)現(xiàn)象作用被物理吸附于固體顆粒表面及孔隙中的水，可分為凝膠水及毛細(xì)水。自由水：游離水存在于粗大孔隙內(nèi)，易去除，應(yīng)盡量減少。存在：＞100nm孔中四.水及其存在形式◆按結(jié)合牢固程度分為：35◆按是否可蒸發(fā)分為蒸發(fā)水：可用降氣壓，升溫度等方法使之干燥（自由水、吸附水）是所有孔隙體積的量度。非蒸發(fā)水：不能或很難使之干燥，如化合水（結(jié)晶水），可作為水化產(chǎn)物膠粒存在量的量度，即水化程度的量度?！舭词欠窨烧舭l(fā)分為36從上述討論可知：硬化水泥漿可看做由兩部分組成：一部分是水化產(chǎn)物膠粒形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)及膠孔內(nèi)的水，稱為凝膠體，另一部分是較大的毛細(xì)孔。改變凝膠體中水化產(chǎn)物的組成、形態(tài)，必然改變硬化漿體的性能，其含量越大，強(qiáng)度越高，反之，毛孔越多，強(qiáng)度越低。從上述討論可知：37熟料礦物對水泥性質(zhì)的影響礦物名稱特性強(qiáng)度發(fā)展水化熱耐腐蝕能力早期后期C3S大大中中C2S小大小大C3A大小大小C4AF小中小大熟料礦物對水泥性質(zhì)的影響礦物名稱38水泥漿掃描電鏡照片（7d齡期）C-S-H鈣礬石水泥漿掃描電鏡照片（7d齡期）C-S-H鈣礬石39C-S-H水化硅酸鈣凝膠CHCrystal氫氧化鈣晶體

電鏡下的水泥水化產(chǎn)物圖C-S-H水化硅酸鈣凝40

新拌水泥漿

硬化水泥漿硬化水泥漿結(jié)構(gòu)圖水灰比

41硬化前未水化水泥顆粒水C-S-H鈣礬石氫氧化鈣硬化后水灰比硬化前水灰比42第七章硅酸鹽水泥的水化與硬化本章主要內(nèi)容：熟料礦物的水化硅酸鹽水泥的水化水化速率硬化水泥漿體硅酸鹽水泥的水化與硬化課件43補(bǔ)充：◆熟料礦物水化的原因·熟料礦物結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。

造成熟料礦物結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的原因是：

⑴熟料燒成后快速冷卻，使其保留了介穩(wěn)狀態(tài)的高溫型晶體結(jié)構(gòu)；⑵熟料中的礦物不是純的C3S和C2S，而是Alite和Belite等有限固溶體；⑶微量元素的摻雜使晶格排列的規(guī)律性受到某種程度的影響。·熟料礦物中鈣離子的氧離子配位不規(guī)則。補(bǔ)充：◆熟料礦物水化的原因44◆水泥的水化、凝結(jié)、硬化水化－物質(zhì)由無水狀態(tài)變?yōu)橛兴疇顟B(tài)，由低含水變?yōu)楦吆y(tǒng)稱為水化。凝結(jié)－水泥加水拌和初期形成具有可塑性的漿體，然后逐漸變稠并失去可塑性的過程稱為凝結(jié)。硬化－此后，漿體的強(qiáng)度逐漸提高并變成堅(jiān)硬的石狀固體（水泥石），這一過程稱為硬化。

◆水泥的水化、凝結(jié)、硬化水化－物質(zhì)由無水狀態(tài)變?yōu)橛兴疇顟B(tài)，由45§7.1熟料礦物的水化一.C3S的水化1、常溫下的水化反應(yīng)3CaO.SiO2+nH2O=xCaO.SiO2.yH2O+(3-x)Ca(OH)2

簡寫為：C3S+nH=C-S-H+(3-x)CH水化產(chǎn)物：水化硅酸鈣（也稱C-S-H凝膠）和氫氧化鈣。§7.1熟料礦物的水化46水化產(chǎn)物C-S-H的組成是不定的，其CaO/SiO2比與所處的溶液的Ca(OH)2濃度有關(guān)：·〔CaO〕﹤1mmol/l，Ca(OH)2硅酸凝膠·〔CaO〕﹤1-2mmol/l，C-S-H硅酸凝膠·〔CaO〕﹤2-20mmol/l，

C/S比為（0.8-1.5）C-S-H，稱為C-S-H（Ⅰ）·〔CaO〕達(dá)飽和﹥20mmol/l，

C/S比為（1.5-2.0）C-S-H，稱為C-S-H（Ⅱ）水化產(chǎn)物C-S-H的組成是不定的，其Ca472.C3S水化過程

Ⅰ：誘導(dǎo)前期（時(shí)間：15分鐘）

反應(yīng)：激烈—第一個放熱峰，鈣離子濃度迅速提高漿體狀態(tài)：是具有流動性（Ca(OH)2沒有飽和）Ⅱ：誘導(dǎo)期又稱靜止期（時(shí)間：2—4小時(shí)）反應(yīng)：極慢——放熱底谷：鈣離子濃度增高慢

漿體狀態(tài)：Ca(OH)2達(dá)飽和：此間：具有流動性，結(jié)束：失去流動性，達(dá)初凝Ⅲ：加速期（時(shí)間：4~8小時(shí)）反應(yīng)：又加快——第二放熱高峰漿體狀態(tài)：Ca(OH)2過飽和最高：生成Ca(OH)2、填充空隙、中期：失去可塑性、達(dá)終凝，后期：開始硬化Ⅳ：減速期（時(shí)間：12—24小時(shí)）反應(yīng)：隨時(shí)間的增長而下降原因：在C3S表面包裹產(chǎn)物—阻礙水化。

Ⅴ:穩(wěn)定期反應(yīng)：很慢—基本穩(wěn)定（只到水化結(jié)束）原因：產(chǎn)物層厚：水很少—產(chǎn)物擴(kuò)散困難。2.C3S水化過程48◆誘導(dǎo)期的本質(zhì)保護(hù)膜理論晶核形成延緩理論晶格缺陷的類別和數(shù)量是決定誘導(dǎo)期長短的主要因素◆誘導(dǎo)期的本質(zhì)49二.C2S水化C2S的水化過程與C3S相似，也有靜止期，加速期等，但水化速率很慢約為C3S的1/20水化反應(yīng)：C2S+mH→C-S-H+（2-X）CH

水化產(chǎn)物：生成C-S-H和Ca(OH)2二.C2S水化50三.C3A水化：水化迅速，其水化產(chǎn)物的組成與結(jié)構(gòu)受溶液中CaO、Al2O3離子濃度和溫度的影響很大。1、C3A單獨(dú)水化常溫：C3A+27H→C4AH19+C2AH8相對濕度﹤85﹪時(shí)

C4AH19→C4AH13+6H

C4AH13+C2AH8→

C3AH6+9H2OT﹥35℃：C3A+6H2O→C3AH6特點(diǎn)：水化速度快→水化熱多→T升高→反應(yīng)速度極快→急凝→很快失去流動性三.C3A水化：512.C3A在液相CaO濃度達(dá)飽和時(shí)

C3A+CH+12H→C4AH13

瞬凝原因：水泥顆粒表面形成大量C4AH13，其數(shù)量迅速增多，足以阻礙粒子的相對運(yùn)動。2.C3A在液相CaO濃度達(dá)飽和時(shí)523.在石膏存在條件下的水化·石膏（充足）、CaO同時(shí)存在時(shí)

C3A+CH+12H→C4AH13C4AH13+3CSH2+14H

→C3A·3CS·H32

+CH

（三硫型水化硫鋁酸鈣Aft，又稱鈣礬石）·C3A未完全水化而石膏已經(jīng)耗盡時(shí)2C4AH13+C3A·3CS·H32→3C3A·CS·H12

+CH+20H

(單硫型水化硫鋁酸鈣Afm)·石膏摻量極少，所有的Aft都轉(zhuǎn)化為Afm還有C3A剩余C3A·CS·H12+

C3A+CH+12H→2C3A（CS·CH）H123.在石膏存在條件下的水化53四.鐵相固溶體的水化

比C3A水化慢，單獨(dú)水化，也不會急凝，其水化反應(yīng)和產(chǎn)物與C3A相似。1.無石膏時(shí)，在Ca(OH)2環(huán)境水化常溫：C4AF+4CH+22H→2C4（A·F）H13T＞50℃：C4AF+6H→C3（A·F）H6

2.有石膏存在時(shí)C4AF+2CH+6CSH2+50H→2C3(A·F)·3CS·H323.石膏不足時(shí)2C4(A·F)·H13+C3(A·F)·3CS·H32→3C3(A·F)·CS·H12+2CH+20H四.鐵相固溶體的水化54§7.2硅酸鹽水泥的水化

一.水化反應(yīng)體系的特點(diǎn)水泥的水化基本上是在Ca(OH)2和石膏的飽和溶液或過飽和溶液中進(jìn)行的，并且還會有K+、Na+等離子。熟料首先在此種溶液中解體，分散，懸浮在液相中，各單體礦物進(jìn)行水化，水化產(chǎn)物彼此間又化合，之后水化產(chǎn)物凝結(jié)、硬化，發(fā)揮強(qiáng)度，因此，水化過程實(shí)際上就是熟料解體——水化——水化產(chǎn)物凝聚——水泥石。開始是解體、水化占主導(dǎo)作用，以后是凝聚占主導(dǎo)作用。§7.2硅酸鹽水泥的水化55二.水化反應(yīng)及水化產(chǎn)物1.水化反應(yīng)簡圖如下：二.水化反應(yīng)及水化產(chǎn)物56綜上所述，水泥的水化反應(yīng)過程如下：水泥加水后，C3S、C3A、C4AF均很快水化，同時(shí)石膏迅速溶解，形成Ca(OH)2與

CaSO4的飽和溶液，水化產(chǎn)物首先出現(xiàn)六方板狀的Ca(OH)2與針狀的AFt相以及無定形的C-S-H。之后，由于不斷生成AFt相，SO42-不斷減少，繼而形成AFm相及C-A-H晶體和C4（A·F）·H13晶體。

綜上所述，水泥的水化反應(yīng)過程如下：572.水化產(chǎn)物常溫下的主要水化產(chǎn)物：常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)（≤100℃）時(shí)的水化產(chǎn)物：水化硅酸鈣Ca(OH)2水化硫鋁（鐵）酸鈣固溶體：水化鋁（鐵）酸鈣及其固溶體：一般生成物C4（A·F）H13最終生成物C3AH6--C3FH6固溶體，溶解度小，抗硫酸鹽能力強(qiáng)三硫型的針狀單硫型的六方片狀：最終C-S-H（Ⅱ）C4A·C4F·不穩(wěn)定，易轉(zhuǎn)變?yōu)镃3AH6、C3（AF）H6AFt相分解為Afm相和CaSO42.水化產(chǎn)物常溫下的主要水化產(chǎn)物：水化硅酸鈣三硫型的針狀C-58三.水泥水化過程·鈣礬石形成期：C3A率先水化→第一放熱峰·C3S水化期：C3S水化→第二放熱峰·結(jié)構(gòu)形成和發(fā)展期:

三.水泥水化過程59§7.3水化速率一.水化速率的表示方法水化速率的意義：水化速率影響水泥強(qiáng)度的發(fā)揮和安定性表示方法：

水化速率：單位時(shí)間內(nèi)的水化程度或水化深度

水化程度：在一定的時(shí)間內(nèi)水泥發(fā)生水化作用的量和完全水化量的比值，以百分率表示。

水化深度：水泥顆粒已水化層的厚度，以微米表示。

§7.3水化速率60·測定方法：直接法:定量地測定已水化和未水化部分的數(shù)量。如巖相分析、x射線分析、熱分析等間接法：測定結(jié)合水、水化熱或Ca(OH)2生成量等方法。水化深度h與水化程度a的關(guān)系：直接法:定量地測定已水化和未水化部分的數(shù)量。如巖相分析、x射61二.礦物水化速度28天前：C3A＞C4AF＞C3S＞C2S3—6月：C3S＞C3A＞C4AF＞C2S二.礦物水化速度62

三.影響水化速率的因素

1.熟料的礦物組成28天內(nèi)各礦物的水化速度為C3A＞C3S＞

C4AF＞C2S或C3A＞C4AF＞C3S＞C2S。各熟料礦物的水化活性主要與礦物的晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。（與不規(guī)則配位、高配位造成的晶體結(jié)構(gòu)缺陷有關(guān)）2.水泥細(xì)度：

·細(xì)度越細(xì)，反應(yīng)物的表面積越大，反應(yīng)速度越快；

·磨細(xì)的過程中，使晶格扭曲程度增大，晶格缺陷增加，反應(yīng)活性高，使水化反應(yīng)易于進(jìn)行。

·細(xì)度增加使早期水化反應(yīng)和強(qiáng)度提高，對后期強(qiáng)度沒有很多益處。

三.影響水化速率的因素633.水灰比

水灰比在0.25～1.0之間，對早期水化速率并無明顯影響，但水灰比過小，會使后期的水化反應(yīng)延緩。為了達(dá)到充分水化的目的，拌和水量應(yīng)為化學(xué)反應(yīng)所需水量的一倍左右。水灰比宜在0.4以上?！び绊懰俣?；·影響水泥漿的結(jié)構(gòu)和孔隙率；·影響強(qiáng)度。4.養(yǎng)護(hù)溫度

溫度越高，速度越快。溫度對水化速度的影響主要在早期，對后期影響不大。；溫度低于-10℃水泥基本不發(fā)生水化。3.水灰比64

5.外加劑：施工時(shí)“加入少量能調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間的物質(zhì)絕大多數(shù)無機(jī)電解質(zhì)都有促進(jìn)水泥水化的作用，如CaCl2;多數(shù)有機(jī)外加劑對水化有延緩作用，常用各種木質(zhì)素磺酸鈉。

促凝劑：CaCl2：液相鈣離子濃度高、加快Ca(OH)2的結(jié)晶，縮短誘導(dǎo)期。

緩凝劑：葡萄糖酸——阻礙C-S-H成核木質(zhì)素磺酸鹽—推遲Ca(OH)2結(jié)晶

早強(qiáng)劑：三乙醇胺：對C3SC2S有催化：砼28天強(qiáng)度高40%以上5.外加劑：施工時(shí)“加入少量能調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間的物質(zhì)65§7.4硬化水泥漿體一、凝結(jié)硬化過程及概念水泥的凝結(jié)和硬化：水泥加水拌成的漿體，起初具有流動性和可塑性。隨著水化反應(yīng)的不斷進(jìn)行，漿體逐漸失去流動性，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢◤?qiáng)度的固體，即為水泥的凝結(jié)和硬化?！つY(jié)：漿體失去流動性和部分可塑性具有塑性強(qiáng)度·

硬化：完全失去可塑性，具有一定的機(jī)械強(qiáng)度

§7.4硬化水泥漿體66水化是凝結(jié)硬化的前提，而凝結(jié)硬化則是水化的結(jié)果。從整體上看，凝結(jié)與硬化是同一過程的不同階段，凝結(jié)標(biāo)志著漿體失去流動性，而具有一定的塑性強(qiáng)度，硬化則表示漿體固化后產(chǎn)生一定的機(jī)械強(qiáng)度。水化是凝結(jié)硬化的前提，而凝結(jié)硬化則是水化的結(jié)果。從整體上看，67二.漿體結(jié)構(gòu)的形成與發(fā)展（凝結(jié)硬化機(jī)理）補(bǔ)充：物質(zhì)凝聚的幾種形式1.物質(zhì)從過飽和溶液中結(jié)晶出來，形成晶體相互交織的產(chǎn)物。如半水石膏-通過結(jié)晶使?jié){體獲得強(qiáng)度2.形成半固體的凝膠如石灰漿的結(jié)硬-通過凝聚而獲得強(qiáng)度二.漿體結(jié)構(gòu)的形成與發(fā)展（凝結(jié)硬化機(jī)理）68

凝結(jié)硬化過程機(jī)理（參考普硅P74)·雷霞特利的結(jié)晶理論·米哈艾利斯的膠體理論溶解期·拜依柯夫理論膠化期結(jié)晶期·洛赫爾理論凝結(jié)硬化過程機(jī)理（參考普硅P74)69

洛赫爾等人將凝結(jié)硬化過程中體系結(jié)構(gòu)的變化分為三個階段：

·第一階段：初凝時(shí)間內(nèi)，晶體太小，不能連接成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，水泥漿成塑性狀態(tài)，孔隙率沒顯著下降。

·第二階段：大約從初凝到24小時(shí)為止，水化開始加速，連接成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，隨著水化物的繼續(xù)增多，孔隙率明顯減少，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不斷致密，強(qiáng)度不斷增長。

·第三階段：24小時(shí)后到水化結(jié)束，孔隙率不斷減小，結(jié)構(gòu)致密，強(qiáng)度增加。洛赫爾等人將凝結(jié)硬化過程中體系結(jié)構(gòu)的變化70·統(tǒng)一觀點(diǎn)：P190

·水泥的水化反應(yīng)開始為化學(xué)反應(yīng)所控制，隨著水化產(chǎn)物層的增厚，擴(kuò)散速率成為決定性因素?！じ鞣N水化產(chǎn)物通過晶體互相搭接、交叉攀附使水泥顆粒與水化產(chǎn)物連接，構(gòu)成一個三度空間牢固結(jié)合、密實(shí)的整體?！そy(tǒng)一觀點(diǎn)：P19071三.硬化水泥漿體的組成與結(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，是固-液-氣三相多空體。它具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和孔隙率，外觀和其他性能又與天然石材相似，故又稱為水泥石。三.硬化水泥漿體的組成與結(jié)構(gòu)72

·

水泥石的組成:結(jié)晶程度較差的凝膠

C-S-H：70%結(jié)晶程度較好的Ca(OH)2：20%

固相結(jié)晶程度較好的Afm、Aft：7%

及水化鋁酸鈣等晶體

未水化殘留熟料和其它微量組份：3%