硅酸盐水泥的水化和硬化.ppt

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
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S和β-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。
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。
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。
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β-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。
5、外加剂：促凝剂、早强剂、缓凝剂
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（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。
水泥的凝结硬化过程
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
水化产物是否需要经过矿物溶解于水的阶段。
洛赫尔三阶段理论
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。
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。
第三阶段： 加水24小时以后，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(A·F)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。
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。
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）
C-S-H，40%；Ca(OH)2， 12% ；AFm ，16%；孔隙，24%；残留熟料，8%.
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。 ，Ⅰ型C-S-H ； ，Ⅱ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，(Ⅰ型C-S-H)
网络状粒子，(Ⅱ型C-S-H)
等大离子，(Ⅲ型C-S-H)，球状、扁平碟状
内部产物，(Ⅳ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

结晶良好，层状构造。
水化初期，六方板状；随后长大变厚成叠片状，薄膜