硅酸盐水泥的基本组成、水化和硬化机理

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关于硅酸盐水泥的水化和硬化

可以作为上述假说的一个论证。同时，
Ca(OH)2还会和硅酸根离子相结合，因而也可作为C-S-H的晶核。较近的一些研究表明，诱
导期更可能是由于C-S-H的成核和生长受到延
缓的缘故。
斯卡尔内 (J.Skalng ）和杨（J. F.Young)
当与水接触后在C3S表面有晶格缺陷的部位即活化点上很快发生水解， Ca2+和OH-进入溶液，就在 C3S表面形成一个缺钙的‘富硅层”。接着， Ca2+吸附到‘富硅层”表面形成双电层，从而使C3S溶解受阻而出现诱导期。
二、硅酸三钙
1、水化反应在常温下：
3 C a O S i O 2 n H 2 O = x C a O S i O 2 y H 2 O 3 - x C a O H 2
C 3 S n H = x C -S -H 3 -x C H
水化产物是水化硅酸钙和氢氧化钙。
2、水化过程
2、水化过程
关于硅酸盐水泥的水化和硬化
一、水泥熟料矿物的水化过程
水泥的水化：一种物质从无水状态变为含水状态或从含水少的状态变为含水多的状态。
类型： 1、原物质不含水，与水作用后，变为含水化
合物。 2、原物质本身含一定量的水，与水作用后，
变为含水多的物质。 3、水解反应（加水分解）
（一）水泥熟料矿物的水化原因
保护膜理论
斯坦因(H.N.Stein)等人认为，诱导期是由于水化产物形成了保护膜层。当保护膜破坏时，诱导期就结束，即所谓“保护膜理论”。他们假设C3S在水中是一致溶，最初生成的第一水化物C3SHn 很快就在 C3S周围形成了致密的保护膜层，从而阻碍了C3S 的进一步水化，使放热变慢，向液相溶出Ca2+的速率也相应降低，导致诱导期的开始。当第一水化物转变为较易使离子通过的第二水化物(C/S≈0.8～1.5) 时，水化重新加速，较多的Ca2+和OH-进入液相达到过饱和，并加快放热，诱导期即告结束。

08-硅酸盐水泥的水化和硬化讲解

熔剂矿物
玻璃体： 12
水泥的水化过程
各矿物与水的作用，称为“一次水化作用” 水化物之间的相互作用称“二次水化作用”
在水泥的水化过程中，一次作用、二次作用是交织在一起进行的。
一水泥熟料矿物的水化
1、C3S、C2S的水化
水化产物：主要是C-S-H、Ca(OH)2 C-S-H：称水化硅酸钙，其中C/S比的大小与水灰比有关。
反应重新加快，反应速率随时间而增长，出现第二个放热峰，在峰顶达最大反应速度，相应为最大放热速率。加速期处于 4-8h ，然后开始早期硬化。 4. 衰减期
反应速率随时间下降，又称减速期，处于 12^-24h ，由于水化产物 CH 和 C-S-H 从溶液中结晶出来而在 C3S 表面形成包裹层，故水化作用受水通过产物层的扩散控制而变慢。 5. 稳定期
20
C3S 水化各阶段的化学过程和动力学行为
21
C2S水化
β -C 2 S 的水化与 C3 S 相似，只不过水化速度慢而已。 2CaO·SiO2 ＋ nH2O ＝ xCaO ． SiO ·yH2O ＋（ 2-x ） Ca (OH) 2 简写成 C 2 S+nH=C-S-H+(2-x)CH 所形成的水化硅酸钙在 C/S 和形貌方面与 C3 S 水化生成的都无大区别，故也称 C-SH 凝胶。但 CH 生成量比 C3S 少，结晶也比 C3S 的粗大些。
石膏的掺入主要是改变了C3A 、C4AF的水化
水化速度
水化产物
29
综上所述，水泥的水化反应过程如下：水泥加水后， C3S 、C3A 、C4AF均很快水化，
同时石膏迅速溶解，形成 Ca(OH)2与 CaSO4 的饱和溶液，水化产物首先出现六方板状的Ca(OH)2 与针状的AFt相以及无定形的C-S-H。之后，由于不断生成AFt相，SO42- 不断减少，继而形成AFm 相及C-A-H晶体C3（A·F）H6 。

硅酸盐水泥的水化硬化概述

2、论述水泥熟料凝结快的原因及石膏的缓凝机理。
3、硅酸盐水泥的水化产物主要有哪几种，其特征和性能如何？
4、论述硬化水泥浆体强度的形成。
30
三相多孔体
20
一、水泥硬化机理
21
硬化水泥浆体形成的原因
水泥石具有强度的原因
构成三度空间牢固结合、密实的整体
22
二、硬化水泥浆体结构
C/S< 2，在近程(纳米级)有序：层 1.4～1.6左右状结构；
初期：纤维状早期：网络状中期：等大粒子、球状后期：内部产物
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与AFt相比，AFm中的结构水少，其密度更大。当AFm接触到各种来源的 SO42-离子而转变成AFt时，结构水增加，密度减小，从而产生相当的体积膨胀，是引起硬化水泥浆体体积变化的一个主要原因。
（2）间接法：测定结合水、水化热、Ca(OH)2生成量。较为简单。
17
三、影响水化速率的因素（1）熟料矿物的组成和性质
水化速率大小：C3A > C4AF > C3S > C2S B矿有四种不同晶型，对水化速率影响很大，β－C2S水化快，γ－C2S水化慢。熟料矿物晶体中含有杂质、晶格缺陷、晶格畸变，水化速率快。熟料矿物为固溶状态，如：F固溶在A矿，水化活性高，水化速率快。
凝结：塑性浆体失去流动性和可塑性
水泥水化
硬化：建立具有一定机械强度的结构
硬化之后还在继续水化
硬化水泥浆体：水泥加水发生水化反应后，变成具有一定强度的固体，叫硬化水泥浆体。由于外观和一些性能与天然石材相似，又称之为水泥石。
非均质的多相体系
水化产物和残存熟料－固相孔隙中的水－液相孔隙中的空气－气相
C3A + 6H = C3AH6

硅酸盐水泥的水化与硬化

硅酸盐水泥的水化与硬化硅酸盐水泥是一种常用的水泥材料，具有较好的水化和硬化性能，广泛应用于建筑和工程领域。

本文将对硅酸盐水泥的水化和硬化进行详细的介绍，包括水泥的成分、水化反应过程、硬化机理以及影响水化和硬化的因素等内容。

硅酸盐水泥是以矿渣、石灰石和黏土为原料，经过磨碎、燃烧和砂浆等工艺加工而成。

一般情况下，硅酸盐水泥的主要成分包括三种物质：硅酸盐矿物、石灰和无定形物质。

硅酸盐矿物是硅酸盐水泥的主要成分，其含有的SiO2和CaO可以发生水化反应，形成具有胶凝性的凝胶体。

石灰则是硅酸盐水泥中的辅助胶凝材料，其主要作用是加速水化反应的进行。

无定形物质是水泥中的杂质，一般情况下不参与水化和硬化过程。

水化反应是硅酸盐水泥的重要特性之一。

当硅酸盐水泥与水接触后，水分子与硅酸盐矿物中的CaO和SiO2发生反应，导致硅酸盐矿物发生水化并形成胶体物质。

水化反应的过程可以分为两个阶段：低水化率的溶解和高水化率的凝胶化。

在溶解阶段，水分子侵入硅酸盐矿物的晶体结构中，使其结构发生破坏并释放出Ca2+和OH-离子。

随着时间的推移，硅酸盐矿物的溶解率逐渐降低，凝胶化过程逐渐主导。

硬化是硅酸盐水泥水化反应的结果，也是水泥材料使用的关键性质。

在硬化过程中，水泥和水反应生成的胶凝体逐渐结晶并与无定形物质相结合，形成稳定的硬质凝胶，从而增强了水泥材料的强度和硬度。

硬化的机理主要涉及胶凝凝胶的形成、晶体生长和无定形物质的变化等过程。

胶凝凝胶的形成使水泥材料具有粘结性，晶体生长则使水泥材料具有硬度和强度。

无定形物质的变化则会影响水泥材料的性能，如开裂、收缩和腐蚀等。

水化和硬化过程受到各种因素的影响，包括水泥成分、水化温度、水化时间、水泥颗粒大小和水泥与水的质量比等因素。

水泥成分的不同会影响水化反应的速率和产物的特性。

水化温度越高，水化反应的速率越快，而水化时间越长，水泥材料的强度和硬度越高。

水泥颗粒的大小和分布会影响水泥的填充效果和反应程度，从而影响水化和硬化的速率和特性。

硅酸盐水泥的水化和硬化

硅酸盐水泥的水化和硬化
第一节硅酸盐水泥熟料的形成一、硅酸盐水泥熟料的形成水泥熟料矿物为什么能与水发生反应？主要原因是： 1、硅酸盐水泥熟料矿物结构的不稳定性，可以通过与水反应，形成水化产物而达到稳定性。造成熟料矿物结构不稳定的原因是：（ 1）熟料烧成后的快速冷却，使其保留了介稳状态的高温型晶体结构；（ 2）工业熟料中的矿物不是纯的 C 3 S， C 2 S 等，而是 Alite 和 Belite 等有限固溶体；（ 3）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。 2、熟料矿物中钙离子的氧离子配位不规则，晶体结构有 “ 空洞 ”，因而易于起水化反应。例如，C 3 S 的结构中钙离子的配位数为 6，但配位不规则，有 5 个氧离子集中在一侧而另一侧只有 1 个氧离子，在氧离子少的一侧形成“空洞”，使水容易进入与它反应。β -C 2 S 中钙离子的配位数有一半是 6，一半是 8，其中每个氧离子与钙离子的距离不等，配位不规则，因而也不稳定，可以水化，但速度较慢。 C 3 A 的晶体结构中，铝的配位数为 4 与 6，而钙离子的配位数为 6 与 9，配位数为 9 的钙离子周围的氧离子排列极不规则，距离不等，结构有巨大的 “ 空洞 ” ，故水化很快。 C 4 AF 中钙的配位数为 10 与 6，结构也有 “ 空洞 ” ，故也易水化。有些

普通硅酸盐水泥的主要成分_概述及解释说明

普通硅酸盐水泥的主要成分概述及解释说明引言1.1 概述普通硅酸盐水泥是一种常见的建筑材料，广泛应用于各类建筑工程和室内装修中。

它由多种成分组成，其中主要包含水合硅酸钙（C-S-H）凝胶和无水硅酸钙（C3S）及其水合产物（C-S-H-CH）。

这些成分在混凝土的制备过程中发挥着重要作用，影响混凝土的强度、耐久性和其他性能指标。

1.2 文章结构本文将对普通硅酸盐水泥的主要成分进行概述和解释说明。

首先，我们会介绍硅酸盐水泥的定义和用途。

然后，详细探讨主要成分一：水合硅酸钙（C-S-H）凝胶以及主要成分二：无水硅酸钙（C3S）及其水合产物（C-S-H-CH）的特性、作用机理和影响因素。

接下来，我们会讨论可能存在的其他次要成分及其对普通硅酸盐水泥性能的影响。

最后，通过实际应用中的例子，探讨普通硅酸盐水泥在室内装修、建筑工程和其他领域的具体应用情况。

1.3 目的本文的目的是帮助读者全面了解普通硅酸盐水泥的主要成分，深入理解其特性和作用机理。

通过对成分的解释和说明，读者将更好地理解普通硅酸盐水泥在实际应用中的表现，并能够选择合适的品种进行室内装修或建筑工程。

此外，展望未来普通硅酸盐水泥的发展趋势也将为读者提供有益的参考。

2. 普通硅酸盐水泥的主要成分2.1 硅酸盐水泥的定义和用途硅酸盐水泥是一种常用的建筑材料，具有优良的黏结性能和较强的耐久性，被广泛应用于混凝土、砌块、抹灰等建筑工程中。

它由多个主要成分组成，其中最重要的成分是水合硅酸钙（C-S-H）凝胶和无水硅酸钙（C3S）及其水合产物（C-S-H-CH）。

2.2 主要成分一：水合硅酸钙（C-S-H）凝胶水合硅酸钙凝胶是硅酸盐水泥的主要胶状产物，其在混凝土中起到黏结颗粒、填充孔隙及提高强度的作用。

该凝胶由三元组成：二氧化硅（SiO2）、氢氧化钙（Ca(OH)2）和水分。

其中二氧化硅通过与氢氧化钙反应生成无定形或半定形态C-S-H凝胶，这种凝胶能够有效地增加混凝土内部的胶结强度和改善抗渗性能。

水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化

水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
2020/11/22
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
硅酸盐水泥的水化和硬化
水泥加水以后为什么可以凝结硬化？
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
水化产物填充空隙并将水泥颗粒连接在一起
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
1 熟料单矿物的水化
三、铝酸三钙 (一) 无石膏 1．常温下水化
C4AH13和C2AH8在常温下处于介稳状态，且随温度升高而转化加速。C3A本身水化热高，因而极易按上式转化。
2．在温度较高(35℃以上)的情况下，可直接生成C3AH6晶体。这些产物均为片状。
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
早期水化产物，大部分在颗粒原始周界以外由水所填充的空间----这部分C-S-H称外部产物。
后期的生长则在颗粒原始周界以内的区域形成----内部产物。
随着内部产物的形成和发展，C3S的水化即由减速期向稳定期转变。
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
1 熟料单矿物的水化
7．C3S的后期水化泰勒认为：水化过程中存在一个界面区，并逐渐向颗粒内部推进，H2O离解成的H+在内部产物中从一个氧原子(或水分子) 转移到另一个氧原子，一直到达C3S界面并与之作用；而界面区内部分Ca2+和Si4+则通过内部产物向外迁移，转入CH和外部C-SH。因此，界面内是得到H+，失去Ca2+和Si4+，原子重新排组，从而使C3S转化成内部C-S-H。如此，随着界面区向内推进，水化继续进行。由于空间限制及离子浓度变化，内部C-S-H在形貌和成分等方面与外部C-S-H会有所不同，通常是较为密实。

硅酸盐水泥的水化硬化概述

四、铁相的水化
C4AF的水化速率比C3A略慢，水化热较低，其水化反应及其产物与C3A极为相似。
Fe2O3基本上起着与Al2O3相同的作用，在水化产物中铁置换部分铝，形成水化硫铝酸钙和水化硫铁酸钙的固溶体，或水化铝酸钙和水化铁酸钙的固溶体。
如：
C3A + CH + 12H = C4AH13 C4AF + 4CH + 22H = 2C4 (A、F)H13
内)
早速率下降
就超过12，而后浓度增长减慢
诱导期期反应缓慢，放热速率很小， Ca2＋浓度持续增长并超过饱
(1～4小时)
水泥浆体保持塑性，诱导期和浓度，在诱导期结束时达到
结束相当于初凝时间
最大
加速期
反应重新加快，放热速率随随反应进行Ca2＋浓度下降，
(4~8小时) 减速期
时间增长，出现第二放热峰，但始终超过饱和浓度在达到峰顶时本阶段结束，中终凝已过，开始硬化期反应速率下降，放热速率由 Ca2＋浓度继续下降
水泥水化
硬化：建立具有一定机械强度的结构
硬化之后还在继续水化
硬化水泥浆体：水泥加水发生水化反应后，变成具有一定强度的固体，叫硬化水泥浆体。由于外观和一些性能与天然石材相似，又称之为水泥石。
非均质的多相体系
水化产物和残存熟料－固相孔隙中的水－液相孔隙中的空气－气相
三相多孔体
一、水泥硬化机理
硬化机理结晶理论胶体理论
结晶度极差
近程(纳米级)有序：层状结构；
远程无序胶体，取决水化龄期，初期溶胶，中后期凝胶
取决水化龄期－与生长空间有关：水化龄期长，尺寸越小，2～0.1µm 初期：纤维状
早期：网络状

硅酸盐水泥的水化

提抗腐供蚀性强度：
CCC高好333AAS＞＞＞CCC332SS早S低好＞＞＞后高CCC443AAAFF＞＞＞低差CCC422ASSF
收缩
中
较大
大
铁铝酸四钙
C4AF 10-18
快较多
低极好
小
凝结与硬化
何为凝结？水泥加水拌和形成具有一定流动性和可塑性的浆体，经过自身的物理
化学变化逐渐变稠失去可塑性的过程。何为硬化？失去可塑性的浆体随着时间的增长产生明显的强度，并逐渐发展成为
坚硬的水泥石的过程。水泥的凝结与硬化过程由以下四个过程组成。
凝结硬化过程
初始反应期潜伏期凝结期硬化期
初始的溶解和水化，约持续5-10分钟。
流动性可塑性好凝胶体膜层围绕水泥颗粒成长，1h
凝胶膜破裂、长大并连接、水泥颗粒进一步水化，6h。多孔的空间网络—凝聚结构，失去可塑性
凝胶体填充毛细管，6h-若干年硬化石状体密实空间网
2CaO·SiO2+H2O 3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2
铝酸三钙水化生成水化铝酸钙晶体。该水化反应速度极快，并且释放出大量的热量。如果不控制铝酸三钙的反应速度，将产生闪凝现象，水泥将无法正常使用。通常通过在水泥中掺有适量石膏，可以避免上述问题的发生。
3CaO·Al2O3+H2O
3CaO·Al2O3·6H2O
铁铝酸四钙水化生成水化铝酸钙晶体和水化铁酸钙凝胶
该水化反应的速度和水化放热量均属中等。
4CaO·Al2O3·Fe2O3+H2O
3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O
石膏调节凝结时间的原理
石膏与水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸钙针状晶体（钙矾石）。该晶体难溶，包裹在水泥熟料的表面上，形成保护膜，阻碍水分进入水泥内部，使水化反应延缓下来，从而避免了纯水泥熟料水化产生闪凝现象。所以，石膏在水泥中起调节凝结时间的作用。

混凝土原材料(1)

（三）矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥
1、矿渣硅酸盐水泥 P·S：粒化高炉矿渣掺量按质量百分比计为20%~70%；其它混合材料取代矿渣数量不得超过水泥质量的8%； 2、火山灰质硅酸盐水泥 P·P：火山灰质混合材料掺量按质量百分比计为20%~50%； 3、粉煤灰硅酸盐水泥 P·F：粉煤灰掺量按质量百分比计为20%~40%。
3CaO·Al2O3+6H2O→ 3CaO· Al2O3 · 6H2O
C3A初始反应速度极快，以后反应较慢。
4、铁铝酸四钙 C4AF
4CaO ·Al2O3 ·Fe2O3 +2Ca（OH）2 +10H2O → 3CaO· Al2O3 · 6H2O + 3CaO·Fe2O3 · 6H2O
C4AF开始的反应速度较快，但以后变慢。
1
水泥水化产物显微电镜照片（2）
（二）凝结硬化的物理过程
• 特点 • 过程
特点：
1、水泥水化由表至内，由快变慢； 2、硬化的水泥石是不均质结构； 3、水泥石强度随水化龄期而发展，由快变慢； 4、环境温度越高，凝结硬化速度越快。
过程：
1、初始反应期（5~10分钟内）； 2、休止期（诱导期）（约0.5~2小时）； 3、凝结期（6~10小时）； 4、硬化期（7~28天或更长）。
（二）硅酸盐水泥的主要矿物组成
硅酸盐水泥熟料含有四种主要矿物：
硅酸三钙 C3S，含量40%~55%；硅酸二钙 C2S ，含量20%~30%；铝酸三钙 C3A，含量2.5%~15%；铁铝酸四钙 C4AF ，含量10%~19%。
三、水泥品种和分类
（一）硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥（二）中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥及低热矿渣硅酸盐水泥（三）矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥（四）复合硅酸盐水泥（五）抗硫酸盐硅酸盐水泥（六）低热微膨胀水泥

硅酸盐水泥的水化和硬化

图3 a
图3 c
图3 a 即为水化12 h 的水泥浆体在SEM 下的形貌. 圈出的位置即为水化产物CSH 凝胶,
呈现不规则絮状, 絮状的尺寸大致为200~500 nm. 从整体来看, 水泥浆体水化12 h后, CSH
凝胶生成量并不大, 产物层较薄, 但各处分布均匀. 在SEM 中使用EDX 对CSH 凝胶进行元
各单矿在龄期达28天时水化速度关系为： C3A>C3S>C4AF>C2S
各单矿水化放热量及放热速率： C3A>C3S>C4AF>C2S
因此,适当增加C4AF减少C3A含量，或减少C3S，并相应增加C2S含，均能降低水泥水化热，
三、水化放热模型
水泥水化放热模型关于水泥的水化放热模型,近年来国外研究有了新进展，
水泥拌水后,很快发生水化反应，水化产物相互交结，使浆体失去流动性，变成具有一定强度的石状体，此为水泥的凝结，即水化导致凝结硬化。
一、水泥浆体能凝结硬化的原因 1．结晶理论：雷霞特利。水化物的结晶交结而凝结硬化 2．胶体理论：米哈艾利斯。胶体由于内吸脱水而成刚性凝胶的过程 3．拜依柯夫三阶段学说综合1、2理论：溶解、胶化、结晶 4．洛赫尔三阶段学说：水化产物形成强弱不等的接触点，将各颗粒联接成网而形成强度 5．泰勒早、中、后三时期
如图5 所示, 中心黑色部分为未水化的熟料颗粒, 直径约3 um, 外围包裹的颜色较浅的产物为疏松的早期CSH 凝胶, 厚度约400 nm.大圈为SEM 附带EDX 的测量范围, 小圈为TEM 附带EDX 的测量范围. 可以发现, SEM 附带的EDX 测量不论选取哪个位置, 都会导致大部分元素分析结果来自未水化的水泥颗粒. 水泥未水化熟料主要是由C3S, C2S, C3A 和C4AF 四种矿物相组成, 4 种组分未水化前的Ca/Si 比都大于或等于2, 必然造成 SEM中EDX 测量的Ca/Si 比结果远大于CSH 凝胶实际的Ca/Si 比, 并导致结果的波动增加, 数据方差增大;而TEM 则可以保证测量范围内均为CSH 凝胶, 得到的Ca/Si 比较为真实, 波动也较小.

基础知识辅导：硅酸盐水泥凝结、硬化过程

3.2硅酸盐⽔泥凝结、硬化过程凝结：⽔泥加⽔拌和最初形成具有可塑性的浆体，然后逐渐变稠失去可塑性的过程称为凝结。

硬化：⽔泥凝结后，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。

从整体来看，凝结与硬化是同⼀过程中的不同阶段，凝结标志着⽔泥浆体失去流动性⽽具有⼀定塑性强度。

硬化则表⽰⽔泥浆体固化后所建⽴的结构具有⼀定机械强度。

有关⽔泥凝结、硬化过程，历来有不同的观点。

⽬前主要有结晶理论、胶体理论，以及在此基础上发展起来的各种理论和观点。

⽔泥的凝结、硬化过程是⼀个⾮常复杂的过程，实际上，⽔化过程中不同情况下会有不同的⽔化机理，不同的矿物在不同阶段，⽔化机理也不完全相同。

要更清晰地揭⽰⽔泥凝结、硬化的机理与过程，还有待于进⼀步研究。

硅酸盐⽔泥的⽔化产物包括结晶度较差似⽆定形的⽔化硅酸钙凝胶(C-S-H)、结晶良好的氢氧化钙、钙矾⽯、单硫型⽔化硫铝酸钙以及⽔化铝酸钙等晶体。

⽔泥⽔化产物本⾝的化学组成和结构影响着硬化浆体的性能，各种⽔化产物的形貌及其相对含量在很⼤程度上决定着相互结合的坚固程度，与浆体结构的强弱密切相关。

从⼒学性质看，物理结构有时⽐化学组成更有影响。

即使⽔泥品种相同，适当改变⽔化产物的形成条件和发展情况，也可使孔结构与孔分布产⽣⼀定差异，从⽽获得不同的浆体结构，性能也发⽣相应的改变。

硬化⽔泥浆体是⼀⾮均质的多相体系，由各种⽔化产物和残存熟料所构成的固相以及存在于孔隙中的⽔和空⽓所组成，是固.液.⽓三相多孔体。

它具有⼀定的机械强度和孔隙率，⽽外观和其他性能⼜与天然⽯材相似，因此通常⼜称之为⽔泥⽯。

⽔泥⽯的结构相当复杂，⽽且不均匀，⽬前还不能完全阐明其结构的真相，只能从⽔泥⽯组成、形貌、构造等各个⽅⾯，从不同层次进⾏研究与理解。

下⾯我们简单说⼀下⽔泥⽯的的组成。

⽔泥⽯的组成：⽔泥浆硬化后的⽔泥⽯是由未⽔化的⽔泥颗粒、凝胶体的⽔化产物(C-S-H)、结晶体的⽔化产物(Ca(OH)2等)、以有未被⽔泥颗粒和⽔化产物所填满的原充⽔窨(⽑细孔和⽑细孔⽔)及凝胶体中的孔(凝胶孔)的组成。

硅酸盐水泥的水化和硬化2

+ 石膏不足
C3 A 3CS H32 2C4AH13 3(C3 A CS H12 ) 2CH 2OH
• 极少
C3 A CS H12 C3A 12H 2C3 A(CS 、CH)H 12
• 按照一般硅酸盐水泥石膏掺量，铝酸盐产物为AFt和AFm。
一、水化过程
直接法间接法
影响因素
1、矿物组成和结构：28天内各矿物的水化速度为C3A最快， C4AF和C3S次之，C2S最慢。 C3A含量大，水化快； C2S含量大，水化慢。 C3S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。
溶解，形成 Ca(OH)2与 CaSO4 的饱和溶液，水化产物首先出
现六方板状的Ca(OH)2 与针状的AFt相以及无定形的C-S-H。之后，由于不断生成AFt相，SO42- 不断减少，继而形成AFm。若石膏不足，有AFm 和C4(A· F)H13的固溶体形成，甚至单独形成C4(A· F)H13，后者在逐渐转变为C3(A· F)H6。
+ 外部产物，内部产物。
（三）C3S的后期水化
+ 水化进入稳定期；外部产物和内部产物存在差异。
二、 C2S水化
• 与C3S相似
• 水化速率很慢，为C3S 的1/20 • 所形成的水化硅酸钙与C3S生成的C/S比和形貌等方面无大区别，故也称C-S-H。 • CH生成量比C3S的少。
2CaO SiO 2 nH2O xCaO SiO 2 yH2O (2 x)Ca(OH)2
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。

硅酸盐水泥的水化与硬化

硅酸盐水泥的水化与硬化第七章硅酸盐水泥的水化与硬化本章主要内容：1.熟料矿物的水化2.硅酸盐水泥的水化3.水化速率4.硬化水泥浆体补充：熟料矿物水化的原因1.熟料矿物结构不稳定。

造成熟料矿物结构不稳定的原因是：⑴ 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；⑵熟料中的矿物不是纯的C3S和C2S ，而是Alite 和Belite等有限固溶体；⑶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。

2.熟料矿物中钙离子的氧离子配位不规则。

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。

§7.1 熟料矿物的水化一.C3S的水化1.常温下的水化反应3CaO.SiO2+nH2O=xCaO.SiO2.yH2O+(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。

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。

3.诱导期的本质⑴保护膜理论⑵晶核形成延缓理论⑶晶格缺陷的类别和数量是决定诱导期长短的主要因素二.C2S水化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水化反应：C2S + mH → C-S-H + （2-X）CH水化产物：生成C-S-H和Ca(OH)2三.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。