C-S-H组成和结构
C—S—H凝胶的研究综述
于 一 些 数 量 较 大 ，价 值 较 高 的材 料 ，可 以 采 用 招 标
的方 法 来 进 行 采 购 ，这 种 方 法 比较 公 开 、公 正 ，所
以很 容 易 保 证 材 料 的 质 量 和 价 位 ； 对 于 一 些 价 格 不 高 ， 数 量 不 大 的 材 料 ，可 以 采 用 比价 采 购 的 方 法 ，
了 综 述
关 键 词 Ｃ—Ｓ—Ｈ 凝 胶 ； 凝 胶 结 构 ； 水 泥 ； 混 凝 土
０ 前 言
Ｃ — Ｓ — Ｈ凝胶 是 Ｃ ａ Ｏ— Ｓ ｉ Ｏ ： 一 Ｈ： ０系统 中的一 个 大
１ Ｃ— Ｓ—Ｈ 凝 胶 的 制 备
目前 所 研 究 的 Ｃ — Ｓ — Ｈ 凝 胶 主 要 通 过 ３种 方 式
从 符 合 采 购 条 件 的 众 多 厂 家 中 ，选 择 两 家 以 上 的供 应 商 进 行 询 价 ， 然 后 进 行 全 面 的 评 审 ，选 择 综 合 评
参 考 文献 ：
［ １ ］许 建 涛 ，张 红 斌 ，张 琼 ． 如 何 规 避 建 筑 材料 价 格 波 动 对 Ｔ 程 造 价 的 影 响［ Ｊ 】 ＿ 水 利 科 技 与 经济 ， ２ ０ １ ０ ， １ ６ （ ８ ） ： ８ ６ ０ — ８ ６ １ ．
特 殊 性 ，研 究 时 需 采 用 多 种 方 法 多 角 度 综 合 考 察
才 能 得 到较 为全 面 的结 果 。 占材 料 总 费 用 的 ３ ２ ％ பைடு நூலகம் 所 以 ，建 筑 企 业 可 以 根 据 材 料 的 不 同 费 用 比例 ，来 采 取 不 同 的 采 购 方 式 。对
作 者 简介 ：邱敏 慧（ １ ９ ７ ２ 一） ，女 ， 云 南 临 沧 人 ， 副 高 级 工 程 师 ， 注 册 造 价 工 程 师 ， 从 事 工 程 建 设 造 价 管理 工 作 。
混凝土中微观结构的形成原理
混凝土中微观结构的形成原理一、引言混凝土是一种广泛应用于建筑工程中的材料，其主要成分是水泥、骨料、砂子和水。
混凝土的性能与其微观结构密切相关。
混凝土中的微观结构是由水泥、骨料和水在混凝土中的互相作用而形成的。
因此，混凝土中微观结构的形成原理对混凝土的性能有着至关重要的影响。
二、水泥的化学反应原理水泥是混凝土中的主要胶凝材料，其化学组成主要是硅酸盐和铝酸盐。
水泥的生产过程中，将石灰石、黏土等原料烧制后得到熟料，然后通过研磨熟料得到水泥。
水泥的重要特性是其与水的反应性。
水泥与水反应的主要化学反应式为：CaO·SiO2 + nH2O → CaO·SiO2·nH2OCaO·Al2O3 + nH2O → CaO·Al2O3·nH2O这两个反应式构成了水泥的硅酸盐反应和铝酸盐反应。
硅酸盐反应是水泥的主要反应，它能够产生大量的硬化产物，从而形成混凝土的强度。
铝酸盐反应是副反应，它能够在水泥中形成一些有害的反应产物，从而影响混凝土的性能。
三、水泥的晶体结构和形成原理水泥是一种非晶态物质，但其组成中的硅酸盐和铝酸盐是具有晶体结构的。
水泥中硅酸盐的主要晶体结构是C-S-H凝胶，而铝酸盐的主要晶体结构是钙铝酸盐晶体。
C-S-H凝胶是水泥硬化的主要产物，其化学组成为CaO·SiO2·nH2O。
C-S-H凝胶的形成是由水泥与水反应形成的，其形成原理如下：（1）水泥与水反应，生成的Ca2+离子与SiO4 4-离子结合，形成硅酸钙胶体。
（2）硅酸钙胶体长期在水中磨合，形成C-S-H凝胶。
C-S-H凝胶的形成与水泥中硅酸盐的化学反应相关，其形成过程是一个动态平衡过程，需要在一定的条件下才能实现。
四、骨料在混凝土中的作用原理骨料是混凝土中的主要骨架材料，其种类和大小对混凝土的性能有着重要的影响。
骨料在混凝土中的作用原理包括以下几个方面：（1）骨料的填充作用：骨料可以填充混凝土中水泥胶凝物之间的空隙，增加混凝土的密实度和强度。
水泥水化反应
水泥水化反应c3s——硅酸三钙3(cao·sio2)c2s——硅酸二钙2(2cao·sio2)c3a——铝酸三钙3cao·al2o3c4af——铁相固溶体4cao·al2o3·fe2o3水化作用后产物c-s-h——水化硅酸钙3cao·2sio2·3h2o(胶体)ch——氢氧化钙ca(oh)2(晶体)c3ah6——水石榴石3cao·al2o3·6h2o（晶体）aft——三硫型水化硫铝酸钙，简称钙矾石ca6al2(so4)3(oh)12·26h2oafm——单硫型水化硫铝酸钙ca4al2(oh)12so4·6h2o水泥在干态时主要由硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙以及少量的硫酸化物（钾盐、钠盐）、石膏（二水硫酸钙）组成。
在水泥水化过程中，c3ac3s和c2s与水泥中其它组分发生复杂的水化反应，生成钙矾石即三硫型水化硫酸铝钙型aft，单硫型水化硫酸铝钙afm，氢氧化钙ch和硅酸钙c－s－h凝胶。
硅酸盐水泥的水化是一个非常复杂的、非均质的多相化学反应过程。
自加水开始，水泥的水化反应就会一直进行，水泥基材料的结构会随着水泥水化反应逐渐演变，由流动状态逐渐变为塑性状态，最后到凝结硬化状态。
通过水泥的水化反应，使得松散的水泥粉体颗粒变成了具有胶结性的水泥浆体，进而粘结各种不同粒径的粗细骨料，形成了混凝土这种水泥基体材料。
水泥的水化作用就是它们之间的复杂化学反应，生成结晶性较好的水化晶体：aftafmch还有结晶性不好的无定形c—s－haftafmch呈针状、棒状、无序态，这是造成水泥脆性的根本原因水泥混凝土水化过程的化学反应式：3(cao·sio2)+6h2o=3cao·2sio2·3h2o(胶体)+3ca(oh)2(晶体)2(2cao·sio2)+4h2o=3cao·2sio2·3h2o+ca(oh)2(晶体)3cao·al2o3+6h2o=3cao·al2o3·6h2o（晶体）4cao·al2o3·fe2o3+7h2o=3cao·al2o3·6h2o+cao·fe2o3·h2o(胶体)硅酸盐水泥4种熟料矿物成分中，主要的强度贡献者是c3s和c2s，它们在水泥中含量最多，占水泥重量的75%，因此它们的水化进程对水化物组成以及水泥石结构产生决定性影响，它们生成的水化产物主要是：水化硅酸钙和氢氧化钙（游离的对强度有害）。
硅酸盐水泥的水化和硬化
C3 A CS H12 和C4AH13的固溶体。
石膏的存在延缓了C3A的水化
（四）铁相固溶体（C4AF）的水化 水化速率比C3A低。其水化产物与C3A很相似。相当于C3A 中一部分氧化铝被氧化铁所置换，生成水化铝酸钙和水化铁酸 钙的固溶体。
C-S-H(Ⅱ)
定义：水化硅酸钙凝胶体（C-S-H） 组成:不固定，随钙硅比和水硅比变化 结构：微晶，尺寸接近于胶体范畴； 形貌：纤维状，网络状，等大粒子，内部产物； CH：晶体，层状，六方板状，生长在孔洞之间。
C3S水化历程:
五个阶段: 起始期 15min PH=12 急剧 诱导期（静止期）——使硅酸盐水泥保持塑性的原因； 2-4h诱导期结束的时间，即初凝时间。 加速期（4-8h）C-S-H和Ca(OH)2 大量形成，达到终凝。 减速期（12-24h） 稳定期 受扩散控制
C-S-H凝胶的组成与它所处 的溶液中的CaO浓度有关， C-S-H在一定的碱度下才能存 在,如2- 2-3图所示：
下表是对上图的总结:
CaO浓度 g/l
0.06-0.11
0.11-1.12
>1.12
CaO摩尔浓度 mol/l 1-2
2-20
>20
C/S
<1
0.8-1.5
1.5-2
水化产物
水化硅酸钙和硅酸凝胶 C-S-H(Ⅰ)
钙矾石在常温和一般湿度条件下的脱水曲线
四、水泥的凝结、硬化过程
1882年，雷霞特利提出的结晶理论； 1892年，米哈艾利斯又提出了胶体理论； 拜依柯夫将上述两理论加以发展，把水泥的硬化为三个时期： 第一，溶解期；第二，胶化期；第三，结晶期 列宾捷尔提出凝聚-结晶三维网状结构理论； 鲍格提出是巨大表面能的作用引起互相粘结； 洛赫尔提出的三阶段论:
C-S-H凝胶的主要形态、模型及其结构
C-S-H凝胶的主要形态、模型及其结构（1）CSH凝胶的形态：CSH形态多达20种，S.Diamond提出把CSH的形态分为四种，但并不包含已观察到的所有形态。
Ⅰ型纤维状凝胶粒子：水化早期，刺状、针状、柱状等，典型粒子长约0.5~2 μm，宽一般小于0.2μm。
Ⅱ网络状凝胶粒子：与Ⅰ型纤维状凝胶粒子同时出现，截面与Ⅰ型纤维状，凝胶粒子相同的长条形粒子，通过端头交叉而连接成三度空间网络。
但这种粒子在纯C3S和C2S水化时很少出现。
Ⅲ型不规则等大粒子状凝胶粒子：粒子尺寸一般不大于0.2μm，它在水泥石中常以集合态存在，但由于特征不明显而被忽略。
Ⅳ型内部产物的凝胶粒子：在水泥粒子原来边缘形成的内部水化产物，它与其他水化产物保持紧密接触，外观为紧密集合的约0.1μm的等大粒子组成的绉皮状集合体。
其他人的观点：Taylor认为：在短龄的水泥石中Ⅰ型纤维状凝胶粒子占主要地位，Ⅱ型网络状凝胶粒子也常有发现，Ⅲ型不规则等大粒子状凝胶粒子要在水化到一定程度后才出现，占重要地位，Ⅳ型内部产物的凝胶粒子则不易见到。
（2）CSH凝胶的模型：A：Powers-Brunauer模型：C-S-H是粒径大约为14nm的刚性颗粒，形成层状的托贝莫来石凝胶，具有很高的比表面积；颗粒间的凝胶孔隙率为28%。
孔隙口径小于0.4nm，所以凝胶孔只能容水分子进入。
热河没有被凝胶填充的空间称为毛细孔。
凝胶粒子由范德华力结合，凝胶在水中的膨胀性是由于单个粒子间存在水分子层而导致粒子的分离。
B：Feldman-Sereda模型：微观结构视为硅酸盐不完整层状晶体结构，与Powers-Brunaue 模型比较，该模型认为水的作用更加复杂，其中的一部分水在凝胶结构的表面上形成氢键，另一部分则物理吸附于表面上。
C：近年来Pratt等人采用带湿样池的TEM观察未经干燥的原始试样，建立了早期，中期和后期产物的概念。
早期产物又称Ｅ型C-S-H，是薄片形态；中期产物又称Ｏ型C-S-H，是无定型凝胶，它可能发展成Ⅰ型纤维状凝胶粒子，也可在以后发展为Ⅲ型不规则等大粒子状凝胶粒子；后期产物是致密凝胶物质，由于此时粒子周围空间已经填满，主要在粒子原来占据的空间生长（它与Ⅳ型内部产物的凝胶粒子接近）。
水泥水化C-S-H的结构理论研究
14
绿色环保建材
壁形式，该方案造价较高，由于双流项目是单层地下室，最终采 用土钉墙的支护形式，土钉墙造价低廉，工艺简单，工期短，为项 目工期节省提供了有力支持，并节省了造价。
造价 45 元/m~60 元/m）替换为预制混凝土路牙（造价 20 元/m~35 元/m），成本降低一半。在铺地石材选材上，控制石材规格，尽量 利用市场通行的材料规格进行设计，节省材料损耗，将石材规格 统一在 8 种以内，避免切割损耗提高成本。控制材料铺贴方式， 尽量使用规整铺装，减少碎拼(规则铺装比碎拼的人工成本便宜 一倍)。
5.6 钢筋优化 在砼含量合理的前提下，设计含量为 78kg/㎡，因为空港项
目整体楼层不高，最高 12F，在结构同事反复优化和试算后，确定 合理钢筋含量为 55kg/㎡，并对图纸进行了优化。同时，地下钢 筋含量也做了进一步优化。 5.7 景观优化
普遍认为，景观成本占房屋售价的 2% 是一个合理价格标 准，双流项目通过景观成控制和配置优化，达到了项目形象的提 升和品质的改善。经过优化，将水景控制在合理比例，主要在 2 号楼铂骊酒店入口处呈现。道路路牙由石材（一般花岗岩路牙
表 2 O H-和 S i4+的配位组成情况
W/S
n OH-/nH
n /n S（i OH ） Si
nSi-OH
nOH-Si
n /n -
-
OH （Si） OH
1.2
0.28
0.35
1.33
1.01
0.32
1.0
0.41
0.57
1.58
1.01
0.32
0.8
0.52
0.71
1.71
1.02
0.32
混凝土水化反应机理
混凝土水化反应机理一、引言混凝土是一种广泛应用的材料，水泥是混凝土中最重要的成分之一。
混凝土水化反应是指水泥与水反应形成石灰质胶凝体的过程。
水化反应是混凝土的基础，同时也是混凝土强度形成的基础。
混凝土水化反应机理研究对于混凝土的制备、性能评估和维修具有重要意义。
二、水化反应的基本原理1.水泥的化学成分水泥是一种矿物胶凝材料，主要成分为硅酸盐、铝酸盐、铁酸盐和石膏。
其中硅酸盐和铝酸盐是水泥中的主要活性成分。
硅酸盐主要是指硅酸二钙(C2S)和硅酸三钙(C3S)，铝酸盐主要是指铝酸三钙(C3A)和铝酸钙(C4AF)。
2.水化反应的基本过程水泥与水反应主要包括两个过程：解离过程和水化过程。
解离是指水泥中主要活性成分在水中溶解的过程。
水化是指水泥中主要活性成分与水反应生成石灰质胶凝体的过程。
3.石灰质胶凝体的组成和结构石灰质胶凝体主要是指硅酸钙(C-S-H)、钙羟基石灰石(Ca(OH)2)和铝酸钙(C-A-H)。
其中，C-S-H是水化反应生成的主要产物，其占水泥中胶凝体的70%至80%。
C-S-H的结构是由硅酸链和钙离子形成的三维凝胶结构，其特点是孔隙率高，孔径分布广泛。
三、水化反应的控制因素1.水泥的类型和化学成分不同类型的水泥具有不同的水化反应特性，主要是由于其化学成分的差异所致。
例如，硅酸盐含量高的水泥水化反应速度较慢，但强度发展较快；铝酸盐含量高的水泥水化反应速度较快，但强度发展较慢。
2.水泥与水的比例水泥与水的比例是混凝土水化反应的关键因素之一。
水泥用水的量应该合理，既要满足混凝土的工作性能要求，又要保证混凝土的强度发展。
水泥用水量过多会导致混凝土强度下降，而水泥用水量过少则会导致混凝土过度干燥，影响水化反应的进行。
3.温度和湿度温度和湿度是混凝土水化反应的重要影响因素。
温度对水化反应速率的影响非常显著，水化反应速率随着温度的升高而加快。
湿度对水化反应速率的影响也很大，水化反应需要一定的湿度来进行，如果湿度太低，会导致混凝土的强度发展不良。
硅酸盐水泥的水化
硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥加水后，首先石膏迅速溶解于水，C3A立即发生反应，C4AF与C3S亦很快水化而β-C2S则稍慢。
几分钟后在电子显微镜下可以观察到水泥颗粒表面生成针状晶体、立方片状晶体和无定型的水化硅酸钙凝胶(C-S-H)。
尺寸相对较大的立方板状晶体是氢氧化钙，针状晶体(或立方棱柱状晶体)是三硫型水化硫铝酸钙晶体(钙矾石AFt)。
以后由于不断地生成三硫型水化硫铝酸钙，使液相中SO42-离子逐渐耗尽后，C3A与C4AF和三硫型水化硫铝酸钙作用生成单硫型水化硫铝酸钙(AFm)。
生成的3Ca0·(A1203·Fe203)·CaS04&middo t;12H20可再和4Ca0·(A1204·Fe304)·13H20形成固溶体，如果石膏不足，还有C3A或C4AF剩留，则会生成单硫型水化硫铝酸钙和C4(AF)H13的固溶体，甚至单独的C4(AF)H13，而后再逐渐变成稳定的等轴晶体C3(AF)H6。
综上所述，硅酸盐水泥水化生成的主要水化产物有：C-S-H 凝胶、氢氧化钙、水化铝(铁)酸钙和水化硫铝(铁)酸钙晶体。
在充分水化的水泥石中，C-S-H凝胶约占70%，Ca(OH)2约占20%，钙矾石和单硫型水化硫铝酸钙约占70%。
水泥石结构是由未水化的水泥颗粒、水化产物以及孔隙组成，水化产物晶体共生和交错，形成结晶网络结构，在水泥石中起重要的骨架作用，水化硅酸钙凝胶填充于其中。
C-S-H凝胶比表面积很大，表面能高，相互间受到分子间的引力作用，相互接触而发展了水泥石的强度。
因此，随着水化龄期的推移，C-S-H凝胶生成量增加，有助于水泥石强度增长。
水泥石的强度与其他多孔材料一样，取决于内部孔隙的数量，这类影响强度的孔隙，是指拌合水泥浆时形成的气孔及不参与水化反应的自由水所形成的毛细孔，但不包括极为微小的凝胶孔。
硅酸盐水泥的水化
硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥加水后，首先石膏迅速溶解于水，C3A立即发生反应，C4AF与C3S亦很快水化而β-C2S则稍慢。
几分钟后在电子显微镜下可以观察到水泥颗粒表面生成针状晶体、立方片状晶体和无定型的水化硅酸钙凝胶(C-S-H)。
尺寸相对较大的立方板状晶体是氢氧化钙，针状晶体(或立方棱柱状晶体)是三硫型水化硫铝酸钙晶体(钙矾石AFt)。
以后由于不断地生成三硫型水化硫铝酸钙，使液相中SO42-离子逐渐耗尽后，C3A与C4AF和三硫型水化硫铝酸钙作用生成单硫型水化硫铝酸钙(AFm)。
生成的3Ca0·(A1203·Fe203)·CaS04&middo t;12H20可再和4Ca0·(A1204·Fe304)·13H20形成固溶体，如果石膏不足，还有C3A或C4AF剩留，则会生成单硫型水化硫铝酸钙和C4(AF)H13的固溶体，甚至单独的C4(AF)H13，而后再逐渐变成稳定的等轴晶体C3(AF)H6。
综上所述，硅酸盐水泥水化生成的主要水化产物有：C-S-H 凝胶、氢氧化钙、水化铝(铁)酸钙和水化硫铝(铁)酸钙晶体。
在充分水化的水泥石中，C-S-H凝胶约占70%，Ca(OH)2约占20%，钙矾石和单硫型水化硫铝酸钙约占70%。
水泥石结构是由未水化的水泥颗粒、水化产物以及孔隙组成，水化产物晶体共生和交错，形成结晶网络结构，在水泥石中起重要的骨架作用，水化硅酸钙凝胶填充于其中。
C-S-H凝胶比表面积很大，表面能高，相互间受到分子间的引力作用，相互接触而发展了水泥石的强度。
因此，随着水化龄期的推移，C-S-H凝胶生成量增加，有助于水泥石强度增长。
水泥石的强度与其他多孔材料一样，取决于内部孔隙的数量，这类影响强度的孔隙，是指拌合水泥浆时形成的气孔及不参与水化反应的自由水所形成的毛细孔，但不包括极为微小的凝胶孔。
硬化水泥浆体的组成与结构及其性质
（3）水灰比
水灰比对徐变的影响，定性的评论是水灰比越大，徐变也愈大。
（4）温度
在荷载作用期间，环境混度活化徐变变形。
其他如湿度，养护条件，水泥组成等同样也会影响硬化水泥浆体的徐变。
16
03
硬化水泥浆体性质
3.3 硬化水泥浆体的渗透性
在水力梯度作用下，水作为典型的均质流体，流过多孔介质（
THE MAIN CONTENTS
01
03
概述
02
硬化水泥浆体组成与结构
硬化水泥浆体的性质
2
01 概述
1.1硬化水泥浆体
硬化水泥浆体是非均质的多相体系，由各种水化产物和残存熟料所构成的固相以
及存在于空隙中的水和空气组成，所以是固-液-气三相多孔体。它具有一定的机械强
度和空隙率，而外观和其他性能则与天然石材相似，因此通常又称之为水泥石。
水化产物和残存熟料－固相
非均质的多相体系
孔隙中的水－液相
三相多孔体
孔隙中的空气－气相
3
01 概述
1.2 水泥硬化机理
硬化机理
产生凝结硬化的原因
水化硬化过程
结晶理论
水化反应生成晶体
相互交叉联结
溶解－沉淀过程：熟料矿物溶解于
水，与水发生水化反应，产物溶解
度更小，结晶沉淀。
胶体理论
水化反应生成大量胶体，由于干燥或 局部化学反应：熟料矿物不溶于水，
泥浆体强度的函数。
抗压强度
= , +
m------经验直线的斜率
B------- 轴上的截距
12
03
硬化水泥浆体性质
（2）硬化水泥浆体的弹性模量
C-S-H组成和结构ppt课件
C-S-H概述 C-S-H发展历程 C-S-H化学组成 C-S-H结构模型
C-S-H 凝胶研究方法
C-S-H概述
重要的水泥水化产物 决定混凝土工程特性的重要因素 水泥水化体积的50 - 60% 表面积大 (100-700 m2/g) 可通过人工合成，由含钙盐和硅酸盐的 溶液沉淀得到
C-S-H:水泥矿物C3S 和β-C2S的水化产物。
钙硅比（C/S）不同，C-S-H不同 C-S-H中H2O摩尔比无法确定
C-S-H凝胶特点
+ 凝胶粒子的尺寸在纳米级且多孔 + 组成可变，常用 C/ S和 H/ S 表示其组成，波动范
围大 + 非晶体, 采用[SiO4]4-四面体的聚合度表示其结构 + 多种结构, 有纳米晶体、 短程有序和无定型
C-S-H化学组成
+ 基本组成 SiO2-Ca转O化-H2O
+ 两个指标 钙硅比（C/S）
+ 组成复杂性
CaOx·SiO2·(H2O)y 水硅比(H/S
时间和空间的双重变化性
C/S 0.6-2.0 水泥石中C/S一般在1.7左右
C-S-H凝胶形貌
Ⅰ型C-S-H
Ⅱ型C-S-H
网络状的C-S-H相和六角板状Ca(OH)2 晶体（SEM）
C-S-H的AFM图像（C/S=1.5）
几种经典的C-S-H纳米结构模型（1965年前）
T.C. Powers model (1954) Powers-Brunauer model (1958-1962) Feldman-Sereda model (1964) Wittmann (Munich model) (1976)
水化后期
结构致密； 孔隙以凝胶孔为主； “最小结构单元”为粒径为20 ～40 nm 的球状颗粒。
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。
混凝土的微观结构
混凝土的微观结构混凝土是一种广泛应用于建筑、道路和其他基础设施项目中的材料。
它由水泥、砂、骨料、水和其他添加剂所组成，是一种可以通过模板制成各种形状、尺寸和结构的材料。
然而，混凝土的真正价值在于其微观结构。
混凝土的微观结构不仅决定其力学性能和耐久性，也影响着它的成本和适用范围。
在这篇文章中，我们将深入了解混凝土的微观结构。
1.水泥石胶凝体混凝土的主要成分之一是水泥，是混凝土的“胶凝剂”。
当水泥和水混合时，会发生一系列化学反应，形成一种胶状物质，称为水泥石。
水泥石是混凝土中最主要的材料之一，占据了混凝土的大部分体积。
在混凝土硬化过程中，水泥石会逐渐变硬，并因此提供混凝土强度和耐久性。
水泥石的微观结构由硅酸钙矿物体（C-S-H）构成。
C-S-H是一种凝胶状的物质，它是依靠水泥颗粒和水中钠、钾、钙离子的化学反应而形成的。
在水泥硬化的过程中，C-S-H的颗粒不断增加，从而填充了水泥石中的细小孔隙。
这些孔隙的大小很小，甚至小到仅能容纳一些单个水分子，这就是水泥石与其他材料相比的优越性能之一。
2.骨料混凝土的另一个主要组成部分是骨料。
骨料是混凝土中占据大量空间的颗粒状材料。
在混凝土中，骨料的主要作用是填充空隙和提供强度。
普通的骨料大都是由沙子和石子组成，但也有其他材料，如玻璃碎片和可再生的材料。
在混凝土微观结构的层面上，骨料的主要作用是提供缝隙。
这些缝隙和孔隙是混凝土的一个重要部分，它们令混凝土能够适应外部环境的变化。
而骨料的稳定性和大小分布，也会影响到混凝土的抗压强度和耐久性。
3.水和其他添加剂混凝土中的水和其他添加剂也是混凝土力学性能和微观结构的重要组成部分。
水是混凝土的一部分，它帮助水泥石粘合在一起，并将浆料从混合器输送到模板。
同时，水也帮助在混凝土中填充空隙及孔隙。
其他添加剂，如掺合料和化学添加剂，也会对混凝土的微观结构产生影响。
例如，高强度混凝土常常掺有钢纤维或聚合物纤维，这些纤维有助于增强混凝土的拉伸强度。
C-S-H组成和结构ppt课件
C-S-H概述 C-S-H发展历程 C-S-H化学组成 C-S-H结构模型
C-S-H 凝胶研究方法
C-S-H概述
重要的水泥水化产物 决定混凝土工程特性的重要因素 水泥水化体积的50 - 60% 表面积大 (100-700 m2/g) 可通过人工合成，由含钙盐和硅酸盐的 溶液沉淀得到
+ 由Fujii等提出，他们认为是托贝莫来石与 Ca(OH)2的固溶体
+模C型H优位点于： 托贝莫来石的层状结构中
解决了一些热力学定量计算问题
模型缺点：
未提及类似区域钙与硅的摩尔比对其微观结构的影响
R-G(Richardson & Groves)模型
C-S-H凝胶为钙硅组分、Ca(OH)2 和水分子组成的固溶体。
富硅富钙结构模型
以CaO-SiO2-H2O(含Al2O3)体系为研究对 象.
试样：
C/(S+A)为0.55、0.69、0. 78的富硅试样； C/(S+A)为1.17、1.45和1.77的富钙试样。
各种 C-S-H 试样的 Q1/Q2比
C-S-H的纳米结构研究
很多人认为C-S-H是不定型 的凝胶，那么在原子力显微 镜（AFM）下他的图像又会 是什么样子呢？
C-S-H:水泥矿物C3S 和β-C2S的水化产物。
钙硅比（C/S）不同，C-S-H不同 C-S-H中H2O摩尔比无法确定
C-S-H凝胶特点
+ 凝胶粒子的尺寸在纳米级且多孔 + 组成可变，常用 C/ S和 H/ S 表示其组成，波动范
围大 + 非晶体, 采用[SiO4]4-四面体的聚合度表示其结构 + 多种结构, 有纳米晶体、 短程有序和无定型
水化硅酸钙力学性能的分子动力学研究李涛
水化硅酸钙力学性能的分子动力学研究李涛发布时间：2023-03-21T12:49:42.457Z 来源：《建筑模拟》2022年第15期作者：李涛[导读] 水化硅酸钙是硅酸盐水泥的主要水化产物，对水泥混凝土的强度和耐久性有重要影响，因此一直是水泥基材料领域的研究热点。
由于硅酸钙水合物在室温下呈无定形结构，其分子结构尚未确定，因此只能研究一系列与硅酸钙水合物相似的天然矿物，如托贝莫来石和尖乃石。
在此基础上，以C-S-H硅酸盐的晶体结构为基础，建立了水化硅酸钙的相关模型，基于第一性原理和分子动力学方法，研究了硅酸钙水合物的各种物理化学性质，结构、力学。
从理论方面对硅酸钙水合物的动力学进行了简单分析和验证重庆交通大学土木工程学院重庆 400074摘要：水化硅酸钙是硅酸盐水泥的主要水化产物，对水泥混凝土的强度和耐久性有重要影响，因此一直是水泥基材料领域的研究热点。
由于硅酸钙水合物在室温下呈无定形结构，其分子结构尚未确定，因此只能研究一系列与硅酸钙水合物相似的天然矿物，如托贝莫来石和尖乃石。
在此基础上，以C-S-H硅酸盐的晶体结构为基础，建立了水化硅酸钙的相关模型，基于第一性原理和分子动力学方法，研究了硅酸钙水合物的各种物理化学性质，结构、力学。
从理论方面对硅酸钙水合物的动力学进行了简单分析和验证关键词：C-S-H；第一性原理；分子动力学；力学性能；动力学特性0 引言第一性原理计算对计算资源的要求较高，而分子动力学模拟可以利用较低的计算资源处理较大的模拟体系。
本文以三种晶体为初始结构，利用径向分布函数、均方根位移、力学性能等参数进行分析，从而对类硅酸盐晶体的结构、力学、动力学特性进行了一定阐释。
本文的模拟工作在Material Studio中的forcite模块中进行。
本节使用的力场为Shahsavari提出的经验力场CSHFF，在这一力场提出之前，研究者往往利用ClayFF等进行C-S-H的分子动力学模拟，但这些经验力场无法准确预测C-S-H的力学特性，这一力场的提出使高效计算C-S-H的结构和力学特性称为可能.但是，由于晶体中原子的空间位置不同就有可能导致力场不再适用，而此力场是基于托贝莫来石进行改良的，因此适用范围较窄。
水泥的水化与凝结硬化原理
水泥的水化与凝结硬化原理概述水泥是一种常用的建筑材料，广泛应用于混凝土、砂浆等工程中。
水泥的水化与凝结硬化是指在水泥与水发生反应后形成的固体胶结材料逐渐变得坚固和硬化的过程。
本文将详细介绍水泥的组成、水化反应和凝结硬化原理。
水泥的组成水泥主要由以下几种主要成分组成： 1. 硅酸盐（C3S）：占总重量的40%~50%，是水泥中最主要的成分之一。
2. 硫铝酸盐（C3A）：占总重量的10%~15%，对于水化反应起到催化作用。
3. 铁铝酸盐（C4AF）：占总重量的5%~10%，对于提高水泥抗蚀性能起到重要作用。
4. 石膏（CaSO4·2H2O）：占总重量的2%~5%，主要用于调节水泥凝结时间和控制硫铝酸盐含量。
水泥的水化反应当水与水泥接触时，水泥中的主要成分开始发生水化反应。
水化反应是指水与水泥中的化合物发生化学反应，生成新的化合物和胶凝体。
水化反应的过程1.溶解：水中的离子（如氢氧根离子OH-）与水泥中的离子（如钙离子Ca2+）发生溶解作用，形成溶液。
2.沉淀：溶液中的离子逐渐与水泥中的硅酸盐、硫铝酸盐等成分结合，形成固体颗粒。
3.胶凝：固体颗粒逐渐形成胶凝体，即新生成的石灰石胶凝体（C-S-H）。
水化反应的主要产物1.硅酸钙凝胶（C-S-H）：是水泥石中最主要的产物，占总重量的50%~60%。
它具有胶状结构和高强度特性，在硬化过程中起到胶结材料的作用。
2.砂岩石灰石（CH）：是水泥石中次要产物之一，占总重量的15%~20%。
它具有较低的强度和较高的溶解性。
3.钙矾土（AFt）：是水泥石中次要产物之一，占总重量的10%~15%。
它具有较高的强度和较低的溶解性。
凝结硬化原理水泥在水化反应后逐渐凝结硬化，形成坚固的胶结材料。
凝结硬化过程可以分为初凝和终凝两个阶段。
初凝阶段初凝阶段是指水泥浆体开始变得粘稠，并且无法再进行流动。
这个过程通常在30分钟到2小时内完成，具体时间取决于温度、水泥类型和掺合材料等因素。
水化硅酸钙的合成及其组成、结构与形貌
ｗａｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｏｆ Ｘ—ｒａｙ
ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ（ＸＲＤ），Ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ
（取），Ｎｕｃｌｅａｒ
ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ（ＮＭＲ），Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（ＳＥＭ），
并向社会公众提供信息服务。 （保密的论文在解密后应遵守此规定）
签名：劫互幽导师签名：昌棒矿日期：矽㈣≮。＼
武汉理工大学硕士学位论文
第１章绪论
１．１水化硅酸钙的重要性
在胶凝材料中，水泥尤其是硅酸盐水泥占有突出地位。它是基础建设的主
要原材料之一，广泛应用于工业、农业、国防、交通、城市建设、水力以及海
洋开发等工程建设。同时，水泥制品在代替钢材、木材等方面也越来越显示出
武汉理工大学硕士学位论文
摘
要
水化硅酸钙（简称Ｃ．Ｓ．Ｈ）是波特兰水泥水化的最主要水化产物，也是水
泥基复合材料最主要的强度来源。Ｃ．Ｓ．Ｈ组成与结构的研究对理解、调节与控 制水泥基复合材料的力学性能与化学稳定性具有重要意义。本文围绕Ｃ．Ｓ．Ｈ的 合成及其组成、结构与形貌开展了系统的研究，主要工作和取得的重要成果有：
ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ
ｔｈｅ
ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
ｃｈｅｍｉｃａｌ
ｃｅｍｅｎｔ—ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ
ｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｃａｒｒｉｅｄ
ｏｆ Ｃ—Ｓ—Ｈ，ｉｔｓ
ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ ｓｔｕｄｙ，ｗｈｉｃｈ ｆｏｃｕｓｅｄ
ｔｈｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ
ｗｏｒｋ
ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｃ．Ｓ．Ｈ ｗｅｒｅ ＤＰ
1、硅酸三钙如何进行水化
硅酸三钙如何进行水化硅酸三钙在水泥熟料中的含量约占50%，有时高达60%，因此，它的水化作用、水化产物及其所形成的结构，对硬化水泥浆体的性能有很重要的影响。
硅酸三钙在常温下的水化反应，大体上可用下面的方程式表示：3CaO ·Si02＋nH 20＝xCa0·SiO 2·yH 20＋(3－x)Ca(0H)2简写为： C 3S ＋nH ＝C-S-H ＋(3－x)CH上式表明，其水化产物为C-S-H 凝胶和氢氧化钙。
C-S-H 有时也被笼统地称之为水化硅酸钙，它的组成不定，其CaO/SiO 2摩尔比（简写成C/S ）和H 20/SiO 2摩尔比（简写为H/S ）都在较大范围内变动。
C-S-H 凝胶的组成与它所处液相的Ca(OH)2浓度有关，如图1所示。
当溶液的CaO 浓度小于1 mmol/L时，生成氢氧化钙和硅酸凝胶。
当溶液的Ca0浓度为1～2mmo1/L 时，生成水化硅酸钙和硅酸凝胶。
当溶液的CaO 浓度为2～20mmo1/L 时，生成C/S 比为0.8～1.5的水化硅酸钙，其组成可用(0.8～1.5)Ca0⋅SiO 2⋅(0.5～2.5)H 2O 表示，称为C-S-H(Ⅰ)。
当溶液中CaO 的浓度饱和(即Ca0≥20mmo1/L)时，生成碱度更高(C/S ＝1.5～2.0)的水化硅酸钙，一般可用(1.5～2.0)CaO ⋅SiO 2⋅(1～4)H 2O 表示，称为C-S-H(Ⅱ)。
C-S-H(Ⅰ)和C-S-H(Ⅱ)的尺寸都非常小，接近于胶体范畴，在显微镜下，C-S-H(Ⅰ)为薄片状结构；而C-S-H(Ⅱ)为纤维状结构，象一束棒状或板状晶体，它的末端有典型的扫帚状结构。
氢氧化钙是一种具有固定组成的六方板状晶体。
硅酸三钙的水化速率很快，其水化过程根据水化放热速率-时间曲线(如图2)，可分为五个阶段：1.初始水解期加水后立即发生急剧反应迅速放热，Ca 2+和OH ˉ迅速从C 3S粒子表面释放，几分钟内pH 值上升超过12，溶液具有强碱性，此阶段约在15min 内结束。
水化硅酸钙分子结构与力学性能的理论研究
水化硅酸钙分子结构与力学性能的理论研究一、本文概述水化硅酸钙（C-S-H）是混凝土和许多其他建筑材料中的关键成分，对于理解这些材料的力学性能和耐久性至关重要。
然而，由于其复杂的纳米级结构和动态性质，C-S-H的分子结构和力学性能一直是材料科学领域的挑战性问题。
本文旨在通过理论研究和计算模拟，深入探讨水化硅酸钙的分子结构和力学性能，以期为优化建筑材料设计、提高工程性能提供理论支持。
我们将首先回顾水化硅酸钙的基本化学和物理性质，包括其分子结构、形成机理以及在不同环境条件下的稳定性。
接着，我们将重点关注C-S-H的力学性能，包括其弹性模量、抗压强度、抗折强度等关键参数，并探讨这些性能与其分子结构之间的关系。
为了深入揭示水化硅酸钙的分子结构和力学性能，我们将采用先进的计算模拟方法，如分子动力学模拟、量子力学计算等。
这些方法能够在原子尺度上模拟C-S-H的微观结构和动态行为，从而揭示其力学性能的内在机制。
本文的研究结果将有助于我们更全面地理解水化硅酸钙的分子结构和力学性能，为优化建筑材料的设计和生产提供理论支持。
本文还将为材料科学领域的其他研究提供有益的参考和启示。
二、水化硅酸钙的分子结构水化硅酸钙是一种在多种地质和工程环境中广泛存在的硅酸盐矿物，其分子结构的理解和分析对于研究其物理和化学性质，以及其在各种应用中的行为至关重要。
水化硅酸钙的分子结构复杂，由硅酸根（SiO₄）四面体和钙离子（Ca²⁺）以及其他可能的水分子组成。
硅酸根四面体是水化硅酸钙结构的基本单元，其中硅原子位于四面体的中心，与四个氧原子通过共价键连接。
每个硅酸根四面体都可以通过共享氧原子与其他硅酸根四面体连接，形成链状、片状或三维的网络结构。
这些硅酸根链或网络为钙离子提供了连接和固定的位点。
钙离子通常位于由硅酸根形成的空穴或间隙中，通过离子键与硅酸根相连。
水化硅酸钙中钙离子的数量、位置和配位数可以因不同的矿物类型和形成条件而异，这对其力学性能和其他物理性质有重要影响。
混凝土水化反应机理解析
混凝土水化反应机理解析混凝土是一种常见且广泛应用的建筑材料。
它的主要成分是水泥、骨料和水，在适当的配比下混合而成。
在混凝土施工过程中，水泥与水发生水化反应，形成胶凝体，同时释放热量。
这种水化反应是混凝土结构强度发展的基础，也是混凝土在工程中具有耐久性的重要因素。
混凝土水化反应的机理非常复杂，牵涉到多个化学反应过程。
下面我将从简单到复杂、由浅入深地解析混凝土水化反应机理。
1. 水化反应的起始阶段：混凝土刚出模时，水泥颗粒与水发生快速反应，形成胶凝体颗粒。
这个阶段称为胶凝体形成期。
水化反应初期，水泥颗粒表面开始溶解，释放出氢氧根离子（OH-），碱离子（Na+、K+）以及氢离子（H+）。
这些离子进一步与水中的Ca2+、Al3+等离子结合，生成一系列水化产物。
2. 胶凝体的形成：在胶凝体形成期，水化反应逐渐推进，胶凝体的颗粒逐渐形成。
胶凝体颗粒由水合硅酸钙（C-S-H）和氢氧化钙（CH）组成。
C-S-H是混凝土中最主要的产物，其形貌呈纤维状或胶状。
C-S-H具有良好的黏结性和稳定性，是混凝土强度发展的主要原因之一。
CH是一种晶体，具有较低的强度，但有助于提高胶凝体的抗渗性和稳定性。
3. 水化反应的深入进行：随着时间的推移，混凝土水化反应进入了深入进行的阶段。
此阶段的主要特点是水合硅酸钙的逐渐形成和增长。
C-S-H的生长过程非常复杂，其中涉及到大量的表面扩散、溶解、重结晶等过程。
C-S-H的生长速率与水胶比、温度、水泥成分等因素相关。
4. 混凝土强度的发展：随着水化反应的进行，混凝土的强度逐渐提高。
这是因为C-S-H的形成和增长增加了混凝土的内聚力和黏结力。
一些次生水化产物的生成也对混凝土的强度发展起着重要作用。
硬固石膏、钙矾土和水合硅酸铝等反应产物能够填充孔隙，提高混凝土的力学性能。
总结回顾：混凝土水化反应机理是一个复杂而多样的过程。
它涉及到多个化学物质的相互作用和反应。
在水化反应的不同阶段，混凝土的结构和性能会发生相应的变化。
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凝胶结构模型
慕尼黑模型
几种C-S-H 的结构模型示意图
Power’s model
凝胶粒子
凝胶孔
毛细孔
结构：类似于凝胶颗粒的堆积
Powers model
收缩与膨胀机理示意图
凝胶由刚性的C-S-H 组成，只能解释浆体湿胀干缩 过程中的毛细作用。
▪ 由Fujii等提出，他们认为是托贝莫来石与Ca(OH)2的固溶体 ▪ CH位于托贝莫来石的层状结构中
模型优点：
解决了一些热力学定量计算问题
模型缺点：
未提及类似区域钙与硅的摩尔比对其微观结构的影响
R-G(Richardson & Groves)模型
C-S-H凝胶为钙硅组分、Ca(OH)2 和水分子组成的固溶体。
几种经典的C-S-H纳米结构模型（1965年前）
T.C. Powers model (1954) Powers-Brunauer model (1958-1962) Feldman-Sereda model (1964) Wittmann (Munich model) (1976)
不规则的层状模型
通常情况下，水化反应产生的C-S-H为C-S-H(I) C-S-H(II)的Ca/Si约为2
C-S-H的结构模型
▪ Taylor的结构模型 ▪ Kantro的固溶体模型 ▪ Richardson和Groves的模型 ▪ 中介模型 ▪ 富硅富钙模型
Taylor的结构模型
C-S-H分类 ➢C-S-H(I)和C-S-H(II) ➢C-S-H(I)类似于1.4-nm tobermorite ➢C-S-H(II)类似于jennite
C-S-H 的 meso 结构示意图
富硅富钙结构模型
以CaO-SiO2-H2O(含Al2O3)体系为研究对象.
两个独立的相区
富钙区（C/S≥1.1）
富硅区（C/S：0.6~1.0）
通式：Ca4Si2O7(OH)·H2O
可看作类Tobeimorite结构
富硅富钙结构模型
以CaO-SiO2-H2O(含Al2O3)体系为研究对象.
这种分类存在着争议！！！
1.4-nm tobermorite
中心：Ca-O多面体
层状结构
两侧：[SiO4]4-四面体单链
➢层状结构
➢C/S=0.87 ➢理想结构组成通式：
Ca5( Si6O18H2) • 8H2O
B-桥四面体 P-成对的四面体 H-OH 离子
Jennite
➢Ca-O层周围存在大量OH-； ➢Ca-O层发生起皱，皱褶里含有硅 氧四面体、水分子和OH-； ➢C/S=1.5 ➢理想结构组成通式：
试样：
C/(S+A)为0.55、0.69、0. 78的富硅试样； C/(S+A)为1.17、1.45和1.77的富钙试样。
各种 C-S-H 试样的 Q1/Q2比
C-S-H的纳米结构研究
▪ 很多人认为C-S-H是不定型 的凝胶，那么在原子力显微 镜（AFM）下他的图像又会 是什么样子呢？
C-S-H的AFM图像（C/S=1.5）
模型优点：
很好地解释了C-S-H凝胶层状结构中的无序特性；可描述局部钙 与硅的摩尔比、含水量和平均硅链长度
模型缺点：
局部结构特性少有涉及，也不能用于分析结构无序性与成分 起伏变化之间的内在联系
中介结构模型
▪ 无定型基体、镶嵌在其中的成分变化的纳米晶区域(5nm)和短程有序区 （< 1nm ）组成
▪ 证实了 Taylor 的两相结构假设 ▪ 支持了固溶体结构模型。
C-S-H化学组成
▪ 基本组成 转化
SiO2-CaO-H2O ▪ 两个指标
钙硅比（C/S） ▪ 组成复杂性
CaOx·SiO2·(H2O)y 水硅比(H/S)
时间和空间的双重变化性
C/S 0.6-2.0 水泥石中C/S一般在左右
C-S-H凝胶形貌
Ⅰ型C-S-H
Ⅱ型C-S-H
网络状的C-S-H相和六角板状Ca(OH)2 晶体（SEM）
1.4-nm tobermorite、 jennite和相关相的结构数据
Taylor的模型
杂乱无章的层状结构 高度变形的托贝莫来石和类羟基 硅钙石结构； 内部[SiO4]4-四面体链具有三元 重复结构。
纳米非均质体系
Taylor' model
固溶模型(Solid-Solution Model)
纤维状的C-S-H相（SEM） Ⅲ型C-S-H
颗粒状的C-S-H相（SEM）
C-S-H的结晶相
▪ ＞1OO℃（压力高于1个标准大气压）的水热合成条件，结晶良 好
▪ ＜100℃，晶相结晶度差 常温下水化形成的C-S-H就属于这种晶相，它主要以凝胶状态
存在，一般用C-S-H凝胶来表示。
C-S-H(I), C-S-H(II)的结构随组成、聚合度、结 晶度变化
C-S-H的组成和结构
史才军
湖南大学土木工程学院
C-S-H概述 C-S-H发展历程 C-S-H化学组成 C-S-H结构模型
C-S-H 凝胶研究方法
C-S-H概述
➢ 重要的水泥水化产物 ➢ 决定混凝土工程特性的重要因素 ➢ 水泥水化体积的50 - 60% ➢ 表面积大 (100-700 m2/g) ➢ 可通过人工合成，由含钙盐和硅酸盐的 溶液沉淀得到
C-S-H:水泥矿物C3S 和β-C2S的水化产物。
钙硅比（C/S）不同，C-S-H不同 C-S-H中H2O摩尔比无法确定
C-S-H凝胶特点
▪ 凝胶粒子的尺寸在纳米级且多孔 ▪ 组成可变，常用 C/ S和 H/ S 表示其组成，波动范围大 ▪ 非晶体, 采用[SiO4]4-四面体的聚合度表示其结构 ▪ 多种结构, 有纳米晶体、 短程有序和无定型
用电子显微镜观察水化硅酸钙 电子衍射测定其结构
水泥水化的 4种形貌
纤维状 蜂窝状 不规则等大粒子
Grudemo
发展历程
SEM出现 Taylor
确定C-S-H的名称
Diamond
多孔内部水化产物
S
E AE
MT P - EM
Taylor
E MA
D
X
A
明确Ca与 Si比在0.6-2 内波动
C-S-H概述
Ca9( Si6O18H2) •6H2O
C-S-H(Ⅰ) ➢与1.4-nm tobermorite结构类似 ➢桥式四面体的缺失,单链长度改变 ➢层间Ca离子含量的变化
➢Ca/Si=0.67~1.5
C-S-H(Ⅱ) ➢与jennite结构类似 ➢不完美的六水矽钙石 ➢桥式四面体的缺失，单链长度改变 ➢C/S≈2.0