水泥水化及硬化机理.ppt

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第八章 硅酸盐水泥的水化与硬化
熟料矿物中钙离子的氧离子配位不规则。
微量元素的掺杂使晶格排列的规律性受到某种程度的影响。
熟料中的矿物不是纯的C3S和C2S ，而是Alite 和Belite等有限固溶体；
熟料烧成后快速冷却，使其保留了介稳状态的高温型晶体结构；
造成熟料矿物结构不稳定的原因是：
熟料矿物结构不稳定。
补充： ◆熟料矿物水化的原因
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），这一过程称为硬化。
熟料矿物的水化
C3S的水化
常温下的水化反应
+nH2O=+(3-x)Ca(OH)2
简写为：C3S + nH = C-S-H + (3-x)CH
水化产物：水化硅酸钙（也称C-S-H凝胶）和氢氧化钙。
水化产物C-S-H的组成是不定的，其CaO/SiO2 比与所处的溶液的Ca(OH)2浓度有关：
〔CaO〕﹤1-2 m mol/l ， C-S-H 硅酸凝胶
〔 CaO〕达饱和﹥20 m mol/l ，
C/S比为（）C-S-H ，称为C-S-H（Ⅱ）
〔CaO〕﹤1 m mol/l ， Ca(OH)2 硅酸凝胶
〔CaO〕﹤2-20 m mol/l ，
C/S比为（）C-S-H ， 称为C-S-H（Ⅰ）
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.C3S水化过程
2 .C3S水化过程
Ⅰ：诱导前期（时间：15分钟 ）
反应：激烈—第一个放热峰，钙离子浓度迅速提高
浆体状态：是具有流动性（Ca(OH)2没有饱和）
Ⅱ：诱导期又称静止期（时间：2—4小时 ）
反应：极慢——放热底谷：钙离子浓度增高慢
浆体状态：Ca(OH)2达饱和：此间：具有流动性 ，结束：失去流动性，达初凝
Ⅲ：加速期（时间：4~8小时）
反应：又加快——第二放热高峰
浆体状态： Ca(OH)2过饱和最高：生成Ca(OH)2 、填充空隙、
中期：失去可塑性、 达终凝，后期：开始硬化
Ⅳ：减速期（时间：12—24小时 ）
反应：随时间的增长而下降 原因： 在C3S表面包裹产物—阻碍水化。

Ⅴ:稳定期
反应：很慢—基本稳定（只到水化结束） 原因：产物层厚：水很少—产物扩散困难。
保护膜理论
晶核形成延缓理论
晶格缺陷的类别和数量是决定诱导期长短的主要因素
诱导期的本质
01
C2S的水化过程与C3S相似，也有静止期，加速期等 ，但水化速率很慢约为 C3S的1/20
02
水化反应： C2S + mH → C-S-H + （2-X）CH
03
水化产物： 生成C-S-H和Ca(OH)2
C2S水化
C3A水化：
：
水化迅速，其水化产物的组成与结构受溶液中CaO、Al2O3 离子浓度和温度的影响很大。
1、 C3A单独水化
常温： C3A + 27H → C4AH19+C2AH8
相对湿度﹤85﹪时
C4AH19 →C4AH13 + 6H
C4AH13 + C2AH8 → C3AH6+9H2O
T﹥35℃： C3A+ 6H2O → C3AH6
特点：水化速度快→水化热多→T升高→反应速度极快→急凝→很快失去流动性
C3A在液相CaO浓度达饱和时
01
C3A + CH + 12H → C4AH13
02
瞬凝原因：水泥颗粒表面形成大量C4AH13 ，其数量迅速增多，足以阻碍粒子的相对运动。
03