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1、第六章 水泥的水化硬化,.1 熟料单矿的水化,6.1.1 硅酸三钙 水化反应 3 CaOSiO2 + n H2O = x CaOSiO2y H2O + (3-x) Ca(OH) 2 或： C3S + n H = x C-S-H + (3-x) CH,C-S-H凝胶,Ca(OH)2晶体,水 泥 工 艺,水化过程,诱导前期:与水接触后立即发生急剧的化学反应，只有15分钟左右； 诱导期：水化速度突然变得很慢，持续14h； 加速期：水化重新加快，历时48h; 减速期：水化逐渐变慢，C3S浆体已完全转变成硬化体，反应转入扩散方式。持续1224h。 稳定期：反应速度再次减低至接近于零，水化作用完全处于扩散
2、控制方式，几乎停止。,水 泥 工 艺,水泥水化过程5个不同阶段划分与水化放热曲线,水 泥 工 艺,6.1.2 硅酸二钙,水化反应 2 CaOSiO2 + m H2O = x CaOSiO2y H2O + (2-x) Ca(OH)2 或 C2S+m H = C-S-H + (2-x) CH,水 泥 工 艺,-C2S水化过程与C3S的异同,水化产物均为C-S-H和CH,释放的CH相对较少，C-S-H中的C/S较低； 同样经历诱导前期、诱导期、加速期、减速期和稳定期几个阶段； 水化速率比小得多，约为C3S水化速率的1/20。,水 泥 工 艺,6.1.3 铝酸三钙,水化反应 液相Ca2+浓度达Ca(O
3、H)2饱和浓度时 C3A + Ca(OH)2 + 12H = C4AH13 在未掺石膏的硅酸盐水泥的水化中，非常容易形成C4AH13,会导致水泥的快凝。,水 泥 工 艺,有石膏参与的情况 石膏充足时，形成C3A3CaSO4H32 C4AH13+3CaSO4+14H=C3A3CaSO4H32+CH 石膏不足时，转变成C3ACaSO4H12 C3A3CaSO4H32+2C4AH13=3C3ACaSO4H12+2CH+20H 石膏极少时，形成C3ACaSO4H12和C4AH13固溶体 C4AH12+C3A+CH+12H=2C3A(CS,CH)H12,水 泥 工 艺,C3A水化情况归纳,水 泥 工 艺
4、,C3A的水化过程,水 泥 工 艺,6.1.4 铁相固溶体,C4AF的水化与C3A的极其相似 Fe2O3 起Al2O3 的作用，水化产物中铁置换部分铝，形成水硫铝酸钙和水化硫铁酸钙的固溶体。,石膏充足时形成C3(A,F)3CaSO4H32,石膏不足时形成C3(A,F)CaSO4H12,水 泥 工 艺,6.2 硅酸盐水泥的水化和硬化,6.2.1水化反应,水化反应基本上是在含碱的氢氧化钙和硫酸钙的饱和溶液中进行 硅酸钙Ca2+, OH- 铝酸钙Ca2+, Al(OH)4- 铁铝酸盐Ca2+, Fe(OH)4 - 硫酸钙Ca2+, SO42- 碱的硫酸盐Na+, K+, SO42-,水 泥 工 艺,
5、各矿物水化与单矿水化相似 各矿物之间有相互作用 C3S促进C2S的水化 C3A和C4AF争夺消耗SO42- 碱促进C3S的水化 水化产物均为固溶体,水 泥 工 艺,硅酸盐水泥水化过程及水化产物,C3S 较快,C3A 极快,石膏,C4AF 快,C2S 慢,C3SHx,C2SHy,C-S-H(C/S=1.5)+Ca(OH)2,C-S-H (C/S=1.5-1.8),水化硅酸钙（微晶）,C4AH13,C3A3CSH32,C3(A, F) 3CSH32,C4(A, F)H13,当石膏用完后还有剩余C3A时,当石膏用完后还有剩余C4AF时,C3ACSH12,C3(A, F)3CSH32,C3A(CS,C
6、H)H12,C3(A, F)(CS,CH)H12,C3AH6,C3(A, F)H6,水 泥 工 艺,6.2.水化产物组成和形貌,C-S-H 一种有CaO、SiO2、和H2O按照某种比例相结合形成的水化硅酸钙。但C/S、H/S并非定值，并固溶有其它离子 无定形胶体状,结晶程度极差 纳微米数量级的极其微小的水化硅酸钙 在X射线衍射谱图上表现出不完整的特征衍射峰 有各种形貌,水 泥 工 艺,氢氧化钙,固定化学组成 结晶好，也有少量以隐晶质或无定形的状态存在 长于水泥石孔隙之中，多为六方板状,水 泥 工 艺,钙矾石与单硫形水化硫铝酸钙,两者一般都为晶体，钙矾石外形呈柱状结构，单硫形水化硫铝酸钙外形多呈
7、层状结构。 钙矾石和单硫形水化硫铝酸钙分子中的SO42-均可以被CO32-，Cl-，OH-等离子所置换，Al可以被Fe所置换。从而形成一系列固溶体，分别称之为AFt和AFm。,水 泥 工 艺,6.2. 硅酸盐水泥水化硬化过程,钙矾石形成期 C3A率先水化，在石膏存在的条件下迅速形成钙矾石。放热曲线上出现第一放热峰 C3S水化期 C3S开始迅速水化。大量放热，形成第二放热峰 （C2S和铁相也参与上述两个阶段反应，但放热较小。） 结构形成和发展期 各种水化产物填入原先由水所占据的空间，再逐渐连接，相互交织发展成硬化的水泥浆体。,水 泥 工 艺,硅酸盐水泥水化放热曲线,水 泥 工 艺,6.2.3水泥硬化体的结构,水化产物C-S-H、CH、Aft、AFm 多孔石状体 未水化产物 孔粗孔、毛细孔、凝胶孔,水 泥 工 艺,水泥硬化体内水化产物大致比例,水泥硬化体,无水熟料,水 泥 工 艺,
