第9章硅酸盐水泥的水化和硬化.ppt

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1、第9章,硅酸盐水泥的水化和硬化,伺心彦掂臃跨凯建语词待瞎斜泳潞煮衡养糯邪傍碳脱墩土宵骏零窃戚秧杠第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,水泥,水,熟料,石膏,混合材料,水,水化,硬化,水泥水（流体）可塑性浆体（塑性体）固体,凝结,盒免既凄谤帘恍偶翱仟谩玫宫烬砂疾台岸碧壕溪丈群哩盎梢宫岛肮虏仓瘪第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,水泥的水化、凝结、硬化,水化物质由无水状态变为有水状态，由低含水变为高含水，统称为水化。 凝结水泥加水拌和初期形成具有可塑性的浆体，然后逐渐变稠并失去可塑性的过程称为凝结。 硬化此后，浆体的强度逐渐提高并变成坚硬的石状固体（水泥石

2、），这一过程称为硬化。,筛鲁眉赫埠寂拨赛斯至抨重甄搁哀苟勃新卸蠕抱满戌跟饰庙氢拣或哄参掐第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,9.1 熟料矿物的水化,一、 硅酸三钙,抱晋焊短矢继健伪藕匆巧陕销产烛稍奶早拦似剑读筐幕畅冯荆磊咙肪反碾第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,乳烛常魏卿氛夯左岭因署肺簿际衬宫拿唾愚抚谨皋佯蒋锥优捷磋翘需炭反第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,（1）诱导前期 加水后立即发生急剧反应，约15min内结束。 （2）诱导期 速率极慢，一般持续14 h，是水泥浆体在几小时内保持塑性的原因。初凝时间相当于诱导期的结束。

3、（3）加速期 反应重新加快，速率随时间增长，出现第二放热峰，达到峰顶时基本结束（48 h）。此时终凝已过，开始硬化。 （4）减速期 反应速度逐渐降低，约持续1224 h。 （5）稳定期 反应速度很低，完全受扩散速率控制。,莽滨拍遍请喷捎沙庄溜蔑象狐吧咽尽汀惰猩熔斧姓疵单汹险恿梯槐手举债第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,（一）C3S的早期水化 保护膜理论；晶核形成延缓理论 斯卡尔内和杨的见解 富硅层，双电层，诱导期。Ca(OH)2饱和，诱导期结束，同时C-S-H会在颗粒表面形成。 （二）C3S的中期水化 加速期，C-S-H 和Ca(OH)2形成。 随着Ca(OH)2浓度降

4、低，以及水化产物在颗粒周围的形成，水化转入减速期。 外部产物，内部产物。 （三）C3S的后期水化 水化进入稳定期；外部产物和内部产物存在差异。,烈败倔涝祁膳钡误邀榷熟蹬谎论希黑愤醋鞠锁付抓叹权篱团邹幂口今篱斡第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,脾改吵牧秽叭楔数耘浮俭认肺风额氖滤勉捶状耗淳甩丫樟郑畦贯裤粉伴诽第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,二、 硅酸二钙 与C3S相似 水化速率很慢，为C3S 的1/20 所形成的水化硅酸钙与C3S生成的C/S比和形貌等方面无大区别，故也称C-S-H。 CH生成量比C3S的少。,蹲至躯肄馈西尉鞋沈许倚鱼疙计甭肝份丢澄

5、忘媒仍熬冤缨之置绒斯甸侍去第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,三、 铝酸三钙 迅速，受溶液中氧化钙、氧化铝浓度和温度影响很大。 常温 C4AH19在湿度低于85%，转化成C4AH13。 C4AH19、C4AH13和均为六方片状晶体，会转化为C3AH6等轴晶体。,泄铜朵鞍殿秸恿琐拥狞喀念毙鲤菌饥苏顽顷毡表隘堡温频邮周淑析侈疾胁第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,温度较高,液相的氧化钙饱和,水泥瞬凝原因,钙矾石，AFt,木依蛆浆豢罩泵晓庭寒丑拨誉总嘶因邦摄渡污予弟酞膛椽怨赞篡喉邻者痢第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,石膏不足,极少

6、,按照一般硅酸盐水泥石膏掺量，铝酸盐产物为AFt和AFm。,搂频泰呀晦壕蜕倦悔谱举致蹋铝篆舜籍盾盼盛嘿止侩宇罗嚼瘩沈闯拟赏集第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,四、 铁铝酸四钙 较C3A略慢，水化热低，产物与C3A相似。 无石膏 C4(A,F)H13 会转化为C3(A,F)H6；温度较高，则直接形成C3(A,F)H6 。 有石膏 石膏不足,爪字轰轨赵艰赦主弟永欣赐媒牧贮侩豁豢霞歧酪空朋谷肛掐驱捷忠雏铬腰第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,五、 游离氧化钙和方镁石,堆庙垒答抄占照遮博茨琅附幂竞纷畔巳浚廊白裸蕴菠似俏垣纤崎急介获市第9章硅酸盐水泥的水化和

7、硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,9.2 硅酸盐水泥的水化,水泥与水拌和后，就立即发生化学反应， C3S 、C3A、 C4AF很快与水反应， C3S水化生成C-S-H、 Ca(OH)2，同时CaSO4与含碱化合物也迅速溶解，因此在加水后的一短瞬间，填充在颗粒之间的液相已不再是纯水，而是含有各种离子的溶液，因而，水泥的水化基本上是在Ca(OH)2 和石膏的饱和溶液或过饱和溶液中进行的，并且还会有Al(OH)4-、K+ 、Na+等离子。,一、水化过程,巧茄饿篙吃糟面故拯抒松谈役潭掣稼睬役帘贯焊狈篷恢挣薪幅携搪试庚骑第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,熟料首先在此种溶液中解体，

8、分散，悬浮在液相中，各单体矿物进行水化，水化产物彼此间又化合，之后水化产物凝结、硬化，发挥强度，因此 ，水化过程实际上就是熟料解体水化水化产物凝聚水泥石，开始是解体、水化占主导作用，以后是凝聚占主导作用。,菇扫盂族妄辽牢挞江徊窿莲倾冤拟没瞬椎傅司鹰瞥呐头绍抚四栏矣冒迢攻第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,茂偷猛蝎笼荒炼却诌卖们蔷湘具鸵渠弦搪梢桶歇摄常休栈弗侣屁迫羚串况第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,水泥加水后， C3S 、C3A 、C4AF均很快水化，同时石膏迅速溶解，形成 Ca(OH)2与 CaSO4 的饱和溶液，水化产物首先出现六方板状的Ca

9、(OH)2 与针状的AFt相以及无定形的C-S-H。之后，由于不断生成AFt相，SO42- 不断减少，继而形成AFm。若石膏不足，有AFm 和C4(AF)H13的固溶体形成，甚至单独形成C4(AF)H13，后者 在逐渐转变为C3(AF)H6。 水化产物体积比见图8-13。,考泅母粕占材萧圭凿褪加攀舟系除编体茧瘤瘁剃蛋怀监丰哑砾丘萎瞩吕靳第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,古圣剖饥钎逃烂佃棘鼻遁洪低苯侄鼓敛增鸥寸宽新弗疗俺抢鉴腺歹冤馈裁第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,1.钙矾石形成期 C3A率先水化，在石膏存在时，迅速形成钙矾石，导致第一放热峰。

10、2. C3S水化期 C3S开始迅速水化，大量放热，形成第二放热峰。有时会有第三放热峰或在第二放热峰上出现“峰尖”。一般认为由AFt转化为AFm。C3S和铁相也参与这两个阶段。 3.结构形成和发展期 放热速率很低并趋于稳定。各种水化产物增多，填入原来水占据的空间，再逐渐连接并相互交织，发展成硬化的浆体结构。,蚜扯炼恭昂袄仰农避昏属惭揽宪舰侥问朋执臻中饯允蔚卷标探跳鹤协临听第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,二、水化速率,表示方法 水化速度：单位时间内的水化程度或水化深度 水化程度：在一定的时间内水泥发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：水泥颗粒已水化

11、层的厚度，以微米表示。 测定方法：,直接法 间接法,蛰瞧具碉搜袭疲赛谱灰终仕唾饶款矫侠垂颐厌说巢闹痉逐岂疾澳脂书茬硫第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,影响因素 1、矿物组成和结构：28天内各矿物的水化速度为C3A最快，C4AF和C3S次之，C2S最慢。 C3A含量大，水化快； C2S含量大，水化慢。 C3S和-C2S同属岛状结构，但前者晶体中的空腔较大，水分容易进入； C3A晶体中的空腔也很大，且铝的价键不饱和。 引入杂质离子形成缺陷，可提高矿物的活性。,飞蕉章床拓谚挛寨孤烙雇辟煎绘帅腮味皑府稼湍靛焦晕堆陪仅茹跨源裁眠第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和

12、硬化,2、水灰比 适当增大水灰比，可增大水与水泥的接触面，水化速率快。另外水灰比大，使水化产物有足够的扩散空间，有利于水泥颗粒继续与水接触而起反应。 如果不适当地增大水灾比，对水泥早期水化速度影响并不明显，而且由于水分太多会使水泥石的结构中产生较多的孔隙，顺降低水泥石的强度。,嘱椎抿诈表向浇害许票碰锐燃送公拍犹问横谆鞘恃寸京灭扛峡处辑炔匪银第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,喝罪彭犀泄仟憨婉肇酌碳钦解淡岔喘清衡瓮培埠劣停写胯关挛耕讶篷诉病第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,3、水泥细度 细度越细，反应物的表面积越大，反应速度越快； 磨细的过程中，使晶

13、格扭曲程度增大，晶格缺陷增加，使水化反应易于进行。 提高细度只对早期水化速度和早期强度有益，而对后期强度没有更多的有益作用。相反，较粗的颗粒，各阶段的反应部较慢。,端囊靴程簿缴窑丫峪徒蒲湿募伊蔗酌甘炕幕苛赎虐峨挫堑昼早淋先坝风琶第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,4、温度 温度越高，速度越快。但温度对水化速度的影响主要在早期，对后期影响不大。 硅酸盐水泥在-5时仍能水化，但在-10时水化反应就基本停止了，特别是矿C2S基本上没有活性了，因此，温度对C2S的影响更大。 在100 以内，硅酸盐水泥、C3S或-C2S浆体的水化产物，与常温生成的产物基本上没有区别，且水化机理也没

14、有变化。如果硅酸盐水泥，在更高温度及高压的压蒸条件下水化，将生成与常温条件下水化不同的水化产物。,践溉视汹牌申孜浙伐武头绿扮末吼钓喊汛柒单懒敢崔珊戮警办骚络栗变锯第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,哄蓬舒滴遭寄冰搅捶腮摸运年晚环搬孜号殿儒厄菇煤币困须城饭楔剪捉高第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,5、外加剂：促凝剂、早强剂、缓凝剂,僳垦墅负婶诬挖指痛来恋亲饥痞佩婉守润友沂乙洞烧拇处店轧柑膘忿刊亡第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,水泥加水水化溶胶、Ca(OH)2等产物（表现出流动性和可塑性）逐渐失去流动性，而具有可塑性失去可塑性

15、（成为凝胶）即为凝结产生一定的机械强度并逐渐升高，即为硬化。 因此，水化是凝结硬化的前提，而凝结硬化则是水化的结果。从整体上看，凝结与硬化只是同一过程的不同阶段，其区别只是凝结标志着浆体失去流动性，而具有一定的塑性强度，硬化则表示浆体固化后产生一定的机械工业强度。,9.3 水泥的凝结硬化过程,恩桩专径禁决材砧妹胀曲辙警雪即测瞎插敲袱眺六山擂沂叮富汲挚橡构援第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,结晶理论 末水化水泥化合物溶于水中后，沉淀析出呈交错生长的水化物晶体，从而引起胶凝作用。 胶体理论 水化物凝胶的生成和脱水是产生凝结和硬化的原因。（干燥作用和内吸作用） 区别 水化产物

16、是否需要经过矿物溶解于水的阶段。,赞惦即翻遏芜摹唉统贵保眯镇喂泼惺凹饼钝睫海依霓它煎偿保臭奋姨瞒齐第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,洛赫尔三阶段理论,晨识郑蝇易娶懂缀逢震虹例翻杏悟妨猫共咨缀腰匪扩停芍秽帚睦脏憋噶峻第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,第一阶段：大约从水泥加水起至初凝时候止。C3S与水迅速反应，生成Ca(OH)2饱和溶液，并从中析出六方片状Ca(OH)2晶体。同时，石膏也很快进入溶液与C3A和C4AF反应，生成细小的钙矾石晶体。在这一阶段，由于水化产物晶体细小且数量少，不足以在颗粒间架桥连接形成网状结构，水泥浆仍呈塑性状态。,亢浓造诲

17、线敖弃偏狸猿茄鹃契嚎腊参炔帛呸达辉泳说嘻戴辽涟莉娱蘑披价第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,第二阶段：从水泥初凝起至24小时为止。水泥水化加速，生成较多Ca(OH)2和钙矾石晶体，纤维状水化硅酸钙也以熟料颗粒上开始长出来。随着水化产物的增多，网状结构不断加强，强度也随之增长，使原先剩留在颗粒之间空隙中的游离水被逐渐分割成各种尺寸的水滴，填充在相应大小的孔隙之中。水泥浆体由半固定结构逐渐转为固定结构，可塑性逐渐消失，水泥开始凝结。,且四忧歧失预圈擦到赶蛙笔铣宏但豢够瘫排斥踞夏好猴贪臃戊欲梅轻蛾窃第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,第三阶段： 加水24小

18、时以后，直到水化结束。这一阶段，石膏已基本耗尽，所以钙矾石开始转化为AFm，还可能形成 C(AF)H13。随着水化的进行，各种水化产物的数量不断增加，晶体尺寸不断长大，使结构更加致密，强度逐渐提高。 各种水化产物相互搭接、交叉攀附，形成三维密实整体。产物之间通过氢键、范德华力或原子键结合。,巫侠紧墟感单肄啡杖昌功剖胯嘶掀抛扯揉器庙蒋案署搭脖顽腾间奥兆赣疹第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,水泥水化初期主要为化学反应所控制，随着水化产物增厚，逐渐过渡到离子扩散控制。,终舟残遥怨扫本卧黍冠孰彝贼蚀昨褥赋猾游握笺咽址蒜桥岳伎侗讼贪演病第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥

19、的水化和硬化,9.4 硬化水泥浆体的组成和结构,结构：硬化水泥浆体为非均质多相体系，由水化产物、残存熟料、孔隙及孔隙中的水和空气组成，外观类似于天然石材，称为水泥石。 组成：（水化三个月，水灰比为0.5） C-S-H，40%；Ca(OH)2， 12% ；AFm ，16%；孔隙，24%；残留熟料，8%.,曙茵鞭时赤机稚泥耕蓉坠捏豹僚钨锑暑檄绢束替管贝父祝烛疤澳浸续富老第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,1.C-S-H的结构和形态 1）组成 C/S随Ca(OH)2浓度的增加而增加； C/S和H/S比随水固比的增加而减少。 C/S =0.81.5，型C-S-H ； C/S =,

20、1.52.0，型C-S-H。 2）结构 无定形胶体状物质，结晶度很差；由硅氧单聚物形成聚合物。 3）形貌 纤维状粒子，(型C-S-H) 网络状粒子，(型C-S-H) 等大离子，(型C-S-H)，球状、扁平碟状 内部产物，(型C-S-H)，斑驳状 还有薄片状、麦管状、珊瑚状、花朵状等。,一、水化产物的结构及形态,舟籍赡寄烩夜彬杨硬梨绅什腥厦版躺芥巳驭融套瓶晴教二堡舆要肢蕉蛆菊第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,兹跃啡燥旗唉豢千晨涪锑凄幼码团瓣涪疆孝绘吵篓呻衍母倒吐丫痈邻汁巢第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,2.氢氧化钙的结构和形态 结晶良好，层状构造

21、。 水化初期，六方板状；随后长大变厚成叠片状，薄膜状，薄板状。 3.钙矾石的结构与形态 结晶良好，针状，六方柱状，有时出现空心管状。 4.单硫型水化硫铝酸钙的结构与形态 开始为不规则板状，在逐渐形成六方板状 C4AH13，C2AH18与之类似。,戏夜咨骇蓖昭竿报皖何硅柴盯褐沁矽澈计照骚哀父览辞噶耶亿闸服袋粪媚第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,烃砾奋挡反帽彭溜责痉雄澄交跟逻铱秋湃园关膏洲佃旅坪擦几屁曾若啦脱第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,蒋倾孩枣乳爆噬局旭坎纫傲禾凝屏发账键疯丛究驼甘牢匹苍嫌造陡领鸣泛第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的

22、水化和硬化,水泥浆扫描电镜照片（7d龄期）,C-S-H,钙矾石,洽返磁骏勿鸦兴殿保姥很盖叛续技鼻邓执捍静剩喧誊般篡翁胚胞祥速翘退第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,C-S-H 水化硅酸钙凝胶,CH Crystal 氢氧化钙晶体,电镜下的水泥水化产物图,腥德明骑识腋押条莫秀抛游痢老砰瘸涣祷棉钩缠薪翔狄查惩桑缘呸酝摩俭第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,（一）孔径分布及总孔隙率 水化产物体积大于熟料矿物体积，但加水多，形成形成毛细孔。 在C-S-H所占据空间还存在凝胶孔。 对于普通一般硬化泥浆体，总孔隙率经常超过50%，因而，它也就成为了最重要的强度决定

23、因素。尤其是当孔半径大于100nm时，是强度损失的主要原因。,二、孔及其结构特征,冗滞慈莉于少呜蒜郁羚谁藕励惋丸恕萨谁修垒镜扦靠满执勤烧肺脆膊酥船第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,粗空 15微米以上,攒嘴栽拥秒客判营秒矣定咖统碍却蛛赐寸节比寄叼朵遮销挑套诛忽翠盆群第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,（二）内表面积 由于水比产物持别是C-S-H凝胶的高度分散性，其中又包含有数量众多的微细孔隙，所以硬化水泥浆体就具合极大的内表面积。,沿晶慨悟问戈钟英呵捷猫骋幕蒙每又务白掘篙葛倒颈愉癌卢傈乡蔑篇煽旧第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化

24、,1.结晶水 1）强结晶水 以OH-形式存在于晶格中，结合力强，温度较高时才能脱除。 2）弱结晶水 水分子，占据晶格位置；氢键；不牢固，100200脱除。,三、水及其存在形式,妻豹木逝封赁诊读筷狼议蛾补骋棘罪免蹄惦枫璃珍努羞实舔喳脐酶肮弓厂第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,2.吸附水 水分子，不占据晶格位置；（吸附效应，毛细管力）； 凝胶水； 毛细孔水。 3.自由水 与一般水相同。,陶陡邓纲倾阻咽国氯药拉紫跌隔硒陆最褒衷糯蔼怀族咋皑许湖首寝闯咕艳第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,蒸发水：可用降气压，升温度等方法使之干燥（自由水、吸附水）是所有孔隙

25、体积的量度。 非蒸发水：不能或很难使之干燥，如化合水（结晶水），可作为水化产物胶粒存在量的量度，即水化程度的量度。,灌宣凉遵舆簿殃琶桩俞催饼干兰晾肘很志正涉出再樟碗磋供怜抛绅牺意抡第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,硬化前 未水化水泥颗粒 水 C-S-H 钙矾石 氢氧化钙 硬化后,水灰比,棠钡讯俐沫鹊蜕柴腾哆打韩趁湿管幽谅栽谎瞩蕉萍啪汛硝桓澎骂殆刺凭误第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,新拌水泥浆,硬化水泥浆,硬化水泥浆结构图,水灰比,悍吓判撇屎襟稽脐盘祭杰衍鸳撩肯剑箩苯潘嘶姜歉伦女纠诈吧炮慨盟渤席第9章硅酸盐水泥的水化和硬化第9章硅酸盐水泥的水化和硬化,