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1、C3S：硅酸三钙(5070%) C2S：硅酸二钙(1830%) C3A：铝酸三钙(512%) C4AF：铁铝酸四钙(58%) 其中：硅酸钙占70%以上,另外还有石膏相（CaSO4）和游离氧化钙（f-CaO）和碱相（K2ONa2O）等。,硅酸盐水泥熟料的矿物组成,1、 C3S和C2S,一、C3S、C2S和C3A的水化产物及特性,(1) 化学反应,C-S-H凝胶属无定形体，不能用固定式表示。,(2) C3S和C2S的水化产物,占水泥水化产物的70%；结晶度很差，是各维度上都非常细小的，属于胶体尺寸范围(小于1微米)的粒子组成。其是水泥基材料强度的来源和耐久性的保障。,C-S-H凝胶,C-S-H凝胶
2、的分类： 无确定组成，无定形的材料，产物的生成形态多变(4种)。,Ca(OH)2/CH,钙,氧,占浆体固体体积的20%25%。层状结构、结构层内为离子键，结构层之间为氢键，片状晶体。由于CH的结构和形状，决定了它对水泥石的强度贡献很少。其层间较弱的联结，可能是水泥石受力时裂缝的发源地和侵蚀离子的快速通道。,水泥水化产物稳定存在的pH临界值,A、CH的作用,是水泥石的主要组成，是维持水泥石碱度的重要组成，是其他水泥水化产物稳定存在的重要前提。,属于层状结构，易于产生层状解理，大量存在于集料与水泥石的界面，影响混凝土的强度和耐侵蚀性能(抗钢筋锈蚀性能、抗碳化性能、抗溶蚀性能、体积变形性能等密切相关
3、)，被视为混凝土中的“薄弱环节” 。,B、CH的不利影响,石膏存在： C3A3CSH2(石膏)26H C6AS3H32 钙矾石(AFt) 石膏不足： C6AS3H32 2C3A4H 3C4ASH12 单硫型硫铝酸盐(AFm),2、 C3A,(1) 化学反应,AFt,AFt：针棒状晶体,(2) C3A的水化产物,AFt的形成常常伴随着明显的体积膨胀，水化期间，控制AFt的形成，由此产生的膨胀是补偿收缩水泥的基本原理,C-S-H,AFt,CH,AFm：六方薄板状或不规则花瓣状,AFm,AFm,AFm,1、 水化速度,C3AC4AFC3SC2S (24h：大约有65%的C3A水化，C3S水化50%左
4、右),二、C3S、C2S与C3A水化的比较,2、 放热量,C3AC3SC4AFC2S(特别是早期),思考题：如何设计低水化热硅酸盐水泥？,大体积混凝土,冰,3、 抗压强度,C3SC2SC3AC4AF,在水泥混凝土中作用： C3S早期强度来源； C2S后期强度来源。,4、 耐化学侵蚀性,C4AFC2SC3SC3A,5、 体积收缩,C3AC3SC4AFC2S,硅酸盐水泥的矿物组成中，C3S的质量分数占50-70%，是水泥的主要矿物，研究C3S的水化，可以模拟或指导水泥的水化。这也是科学研究中常用的研究方法（层析法）。 水泥化学家把C3S水化模型作为水泥水化的模型。,利用量热计来测量C3S加水后的水
5、化放热反应,用分析化学方法测定C3S浆体中液相内的Ca2+的浓度和pH值,用电子显微镜观察水化产物的生成形态,三、C3S的水化过程,1、研究方法,2、C3S的水化过程,硬化浆体的性能与水化早期浆体结构形成密切相关，诱导期的终止时间与浆体的初凝时间相关，而终凝大致发生在加速期的终止阶段。 人们对于C3S早期水化进行的大量研究，主要是围绕着形成诱导期的本质这个关键问题进行的。,3、C3S的水化诱导期产生机理,C3S在水化初期形成的水化物的Ca/Si高，逐渐在未水化的C3S周围形成一个致密的保护膜层，从而阻碍了C3S的进一步水化，使放热速率变慢，Ca2+向液相中溶出的速率降低，并导致诱导期开始。当初
6、始水化物由于相变等原因转化为渗透性较好的二次水化物时，致使保护层区的渗透率提高，因而水及溶出离子又逐渐通过膜层而使水化速率加快，导致诱导期结束而进入加速期。,（1）保护膜假说（H.N.Stein等）,但20世纪80年代，人们用电子光学能谱仪观察，发现C3S整个表面受水侵蚀的情况并不是均匀的，需要经过一段时间才发育出可以观察到的水化产物，致使保护膜理论受到怀疑。,（2）富硅双电层和Zeta电位理论(Skalny&Young),当C3S与水接触后在C3S表面有晶格缺陷的部位即发生水解，使Ca2+和OH-进入溶液，,但由于C3S仍在缓慢水化而使溶液中CH浓度继续增高，当达到一定的过饱和度时，CH析晶
7、，双电层作用减弱和消失，因而促进了C3S的溶解，这时诱导期结束，加速期开始。,C3S的中期水化主要是减速期，后期水化主要是稳定期。这两个阶段对水泥的性能，如强度、体积稳定性、耐久性等的影响十分重要。,主要集中讨论一个问题： 浆体硬化后，C3S又将如何继续水化？,4、C3S的中后期水化机理,H. F. W. Taylor教授认为：,后期水化不是通过离子在溶液中扩散，而是通过离子在固体中的移动和重排来实现。,H+由液相进入内C-S-H，迁移至界面区，直至未水化的C3S表面，使硅酸盐离子质子化；,界面区的Ca2+和Si4+向外迁移进入液相，参与沉淀反应，外产物继续形成。,界面区获得H+，失去Ca2+和Si4，原子重新排列后形成C-S-H凝胶，界面不断内移。,
