硅酸盐水泥的水化硬化概述.ppt

C3S的水化反应为:C3S+H2O=C-S-H+CH水化硅酸钙(C-S-H凝胶)氢氧化钙C3S水化放热速率和Ca2+浓度变化曲线1、C3S的水化过程水化区间水化放热速率Ca2+浓度诱导前期(15分钟以内)早期发生急剧反应,放热迅速,形成第一放热峰,而后放热速率下降Ca2+、OH-从C3S表面释放,浓度急剧增大,pH值几分钟就超过12,而后浓度增长减慢诱导期(1~4小时)反应缓慢,放热速率很小,水泥浆体保持塑性,诱导期结束相当于初凝时间Ca2+浓度持续增长并超过饱和浓度,在诱导期结束时达到最大加速期(4~8小时)中期反应重新加快,放热速率随时间增长,出现第二放热峰,在达到峰顶时本阶段结束,终凝已过,开始硬化随反应进行Ca2+浓度下降,但始终超过饱和浓度减速期(12~24小时)反应速率下降,放热速率由第二放热峰顶下降,水化逐渐受扩散速率控制Ca2+浓度继续下降稳定期后期反应速率很低,基本稳定,完全受扩散控制Ca2+浓度趋近饱和浓度2、C3S的水化机理(1)早期水化保护膜理论(一致溶理论):假设C3S在水中是一致溶解的,最初生成的第一水化产物(C/S≈3)很快在C3S周围形成致密保护膜层,阻碍其进一步水化,使放热变慢,向液相溶出Ca2+的速率也降低(Ca2+浓度增长下降),导致诱导期开始。当第一水化产物转变为第二水化产物(C/S≈~)时,第二水化产物较易使离子通过,较多的Ca2+和OH-进入液相达到过饱和,水化重新加速并加快放热,诱导期结束。晶核形成延缓理论(不一致溶理论):C3S最初不一致溶,主要是Ca2+和OH-溶出,液相中C/S>>3,C3S表面变为缺钙的“富硅层”。Ca2+吸附到富硅的表面,使其带上正电荷,形成双电层,因而C3S溶出Ca2+的速度减慢,导致诱导期的产生。一直到液相中的Ca2+和OH-缓慢增长,达到足够的过饱和度,才形成稳定的Ca(OH)2晶核。当生长到相当尺寸且数量又足够多时,液相的Ca2+和OH-就迅速沉析出晶体,促使C3S加快溶解,水化重又加速。活化粉煤灰用作水泥促凝剂的研究——解决掺氟硫复合矿化剂水泥出现缓凝的问题水泥主要是含氟A矿缓凝的原因含氟A矿水化活性高,水化速率快,为何缓凝?水化产物C-S-H和Ca(OH)2形成速率快,但长大速率慢,不足以相互搭接形成凝聚结构。加速凝结的启示:出窑熟料凝结时间长,加矿渣共同粉磨制成水泥后,凝结时间缩短,为什么?矿渣具有潜在水硬性,本身含有部分熟料矿物组成,经水淬时与水反应,生成了部分水化产物,它们作为“晶种”,加速了水泥水化时生成的水化产物以它们为晶核而长大。研究目标:活化粉煤灰,使其生成部分水化产物,加速缓凝水泥的凝结。如何活化粉煤灰:粉煤灰化学成分:SiO2、Al2O3,而形成胶凝材料:需要CaO粉煤灰玻璃体表面致密,硅氧四面体结构稳定,火山灰活性低,需要高碱度破坏其结构加Ca(OH)2及强碱溶液(2)中期水化诱导期结束,C3S水化加速,伴随Ca(OH)2及C-S-H的形成和长大,液相中Ca(OH)2和C-S-H的过饱和度降低,又会相应地使它们的生长速度逐渐变慢。随着水化产物在颗粒周围的形成,C3S的水化也受到阻碍。因此,水化加速过程之间转入减速阶段。最初产物——外部产物:生长在颗粒原始周界以外由水所填充的空间后期产物——内部产物:生长在颗粒原始周界以内的区域。(3)后期水化反应界面区逐渐向颗粒内部推进,水离解的H+在内部产物中向内转移,一直到达未反应的C3S并与之作用,而界面区内部的Ca2+和Si4+则通过内部产物向外迁移,在界面区原子重新组排,使C3S转化成内部C-S-H。局部化学反应二、硅酸二钙的水化C2S的水化与C3S相似,但水化速度很慢。C2S的水化反应为:C2S+H2O=C-S-H+CH量少,但粗大些三、铝酸三钙的水化C3A水化迅速,生成各种不同的水化产物,水化产物的组成、结构受溶液中CaO、Al2O3离子浓度、温度和石膏量的影响。(1)无石膏时2C3A+27H=C4AH19+C2AH8C4AH19=C4AH13+6H常温下水分充足水分少时温度较高(35℃以上)C3A+6H=C3AH6C4AH13+C2AH8=2C3AH6+9H液相CaO浓度达到饱和C3A+CH+12H=C4AH13介稳态产物转化六方片状立方状,强度下降该反应在硅酸盐水泥浆体的碱性液相中最易发生,且常温下C4AH13在碱性介质中稳定存在,其数量迅速增多,就足以阻碍粒子的相对移动,是浆体产生瞬时凝结的主要原因。所以,掺加石膏调节凝结时间。凝结机理:水化产物长大、增多各种颗粒初步联结成网,形成凝聚结构水泥浆体开始凝结钙矾石在水泥颗粒表面形成保护薄膜,阻滞水分子以及离子的扩散,从而延缓水泥颗粒特别是C3A的水化。当钙矾石结晶压力达到一定数值时,就将薄膜局部胀裂,水化继续进行