水泥水化
水泥水化
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C3S水化机理，一般在第1、4、5阶段没有争议，但对于第2、3阶段则有不同的解释方法。
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第5阶段：最初的产物，大部分生长在颗粒原始周界以外（称“外部产物”），后期则 生长在原始周界以内（称“内部产物”），此时C3S的水化完全由水向内部的扩散控制， 水化速度很慢，故进入稳定期。
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C3A 3C S H32 2C4 AH13 3(C3A C S H12 ) 2CH 20H
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• （4）当石膏掺量极少，在所有的钙矾石都已经转化成单硫型水化硫 铝酸钙后，就可能还有未水化的C3A剩余，C3A水化所成的C4AH13与 单硫型水化硫铝酸钙反应生成固溶体。
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第二部分 硫酸盐水泥水化 一、水化过程
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• 第一个峰：AFt相
的形成
• 第二个峰：相当 于C3S的水化
• 第三个峰：
3CaO Al 2O3 CaSO4 12H 2O 3CaO Al 2O3 13H 2O 2[3CaO Al 2O3 (CaSO4、Ca(OH) 2 ) 12H 2O]
C3A C S H12 C4 AH13 2C3 A (C S 、CH) H12
• C3A + CH +12H = C4AH13 • 在硅酸盐水泥浆体的碱性液相中最易发生； • 处于碱性介质中的C4AH13在室温下能够稳定存 在，其数量迅速增多，就足以阻碍粒子的相对 移动，使浆体产生瞬时凝结。 • 在水泥粉磨时通常都掺有石膏进行缓凝。
混凝土中水泥的水化反应原理
混凝土中水泥的水化反应原理一、引言混凝土是一种广泛应用的建筑材料，其基本组成成分是水泥、骨料、细骨料和水。
水泥作为混凝土中的主要水化物，其水化反应是混凝土得以坚固的基础。
因此，深入了解水泥的水化反应原理对于提高混凝土的品质和性能具有重要的意义。
二、水泥的组成及分类水泥是一种矿物粉料，主要由熟料和石膏组成。
熟料是指经过高温煅烧后的混合材料，包括石灰石、粘土、矾土、铁矿石等主要原料。
石膏是指石膏石经过磨制后的矿物粉料，作为水泥主要原料的补充剂，有调节水泥凝固时间和改善水泥性能的作用。
根据水泥的用途和成分的不同，可以将水泥分为硅酸盐水泥、矿渣水泥、高铝水泥、白水泥等多种类型。
三、水泥的水化反应水泥的水化反应是指水泥在水的作用下发生的化学反应，产生水化物和释放热量。
水泥的水化反应主要分为两个阶段：早期水化反应和晚期水化反应。
1. 早期水化反应早期水化反应指水泥在与水接触的瞬间开始反应，产生大量的热量和水化产物。
早期水化反应主要包括以下几个过程：（1）水分解过程水分解是指水分子在水泥颗粒表面吸附后，发生裂解反应，产生氢离子（H+）和氢氧根离子（OH-）。
水分解是水化反应的起始过程，也是后续反应的基础。
（2）胶凝体形成过程胶凝体是指水泥颗粒与水中形成的胶体物质，包括硅酸钙凝胶、无定形硅酸钙和钙铝矾土胶体等。
胶凝体的形成需要一定的时间和条件，主要与水泥的成分、水泥颗粒的尺寸和形状、水泥与水的比例等因素有关。
（3）水化热释放过程水泥的水化反应是一个放热反应，早期水化反应中，由于反应速率较快，所以产生的热量也较大，有可能导致温度升高过快，从而引起混凝土龟裂和变形等问题。
2. 晚期水化反应晚期水化反应指水泥在早期水化反应后，通过长时间的反应和硬化过程，逐渐形成硬化水泥石。
晚期水化反应主要包括以下几个阶段：（1）氢氧化钙晶体形成过程水泥中的氢氧化钙（Ca(OH)2）是一种重要的水化产物，其会与水中的CO2反应形成碳酸钙，从而影响混凝土的性能。
水泥水化
2CaO SiO 2 nH2O xCaO SiO 2 yH2O (2 x)Ca(OH)2
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C2S的水化反应过程及水化产物和C3S极为相似，也有诱导期、加速期等过 程。C—S—H的形态与C3S水化所生成的 C—S—H相比只有很小的差别，但生成的 Ca(OH)2晶体较大，而且数量少些。水化物的表面积变化基本上和C3S一样。但水 化反应速率要比 C3S慢得多。大部分的水化反应是在 28天以后进行，即使在几个 星期以后也只有在表面上覆盖一薄层无定形的C—S—H，乃至一年以后仍然还有 明显的水化。因此C2S的水化反应主要提供28天以后或更长龄期的强度。
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上面重点介绍了第Ⅰ、Ⅱ阶段的反应情况，而在第Ⅲ阶段产物迅速生成并开 始发展成牢固的整体；在第Ⅳ阶段时，反应逐渐缓慢。在第Ⅴ阶段时反应更加缓 慢。在这些阶段，最初的产物，大部分生长在原始颗粒之间的空间内，也称为 “外部”产物，其 C/S 约为 1.6 。后期的生长则在原始颗粒界面内进行，又称为 “内部”产物，随着水化的进行，C3S界面和富硅层逐渐推向内部并由于外层纤 维状的C—S—H已经成为离子迁移的障碍，所以内部生成的C—S—H主要沉积在外 层C—S—H的里面。但由于空间限制和离子浓度的变化，“内部”产物在形态和 成分等方面与“外部”产物有所差异。通过用扫描透射电子显微镜观察经离子束 减薄的切片和用高压电子显微镜观察置于湿盒内的潮湿环境下的切片，吉尼斯 (Jennigs)等人认为：C—S—H的“早期产物”是薄箔，它可以剥落并皱折成针状 物，这个过程在整个第Ⅱ阶段中就缓慢进行；第Ⅲ、第Ⅳ阶段则会产生胶体状的 “中间产物”其后，根据可得到的空间不同，它将发展成纤维状或交织在一起的 薄箔层状结构。在第Ⅴ阶段，形成的是具有细粒外形或不规则、扁平又大小差不 多的粒子，构成“内部”产物。
水泥水化产物
水泥水化产物
水泥水化产物是经过水泥反应而形成的物质，它们是水泥的重要组分，如水泥石膏和水泥灰渣。
在水泥反应过程中，水泥中的矿物质会发生变化，形成不同的化合物和废料产品。
这些产物包括水泥石膏、水泥灰渣和水泥混凝土等。
水泥石膏是水泥反应产生的最主要的产物，它形成了水泥结构物的重要组成部分，其支撑力以及抗压强度都被广泛应用于建筑和水利工程中。
水泥灰渣是水泥制备过程中产生的副产品，它可以被用作砂砾或矿物粉尘来进行混凝土的制备。
水泥水化热标准
水泥水化热标准水泥水化热是指水泥在水化过程中放出的热量，是评价水泥水化速率和水化热特性的重要指标。
水泥水化热的大小直接影响着混凝土的凝结硬化过程，对于混凝土的施工和使用性能具有重要的影响。
因此，制定水泥水化热标准对于保障混凝土工程质量具有重要意义。
水泥水化热标准主要包括水泥水化热的测定方法和水化热值的限制要求。
测定水泥水化热的方法通常包括绝热量计法、半绝热量计法和等温量热法等。
这些方法能够准确地测定水泥水化热的释放量，为水泥的质量控制提供了科学的依据。
水泥水化热的限制要求主要是为了保证水泥的使用性能。
一般来说，水泥水化热值过大会导致混凝土温升过快，易引起温度裂缝和内部应力，影响混凝土的使用寿命；而水化热值过小则会影响混凝土的早期强度发展。
因此，水泥水化热的限制要求是在保证混凝土使用性能的前提下，尽可能减少水泥的水化热值，提高混凝土的耐久性。
根据国家标准《水泥水化热标准》，水泥水化热值的限制范围为每克水泥水化热不得大于420焦耳。
这一标准的制定是基于对混凝土使用性能的考虑，旨在保证混凝土的耐久性和安全性。
在实际工程中，为了满足水泥水化热标准的要求，可以通过控制水泥配合比、使用低热水泥、添加缓凝剂等方式进行调整。
此外，对于特殊工程要求，还可以根据实际情况进行技术调整，以保证混凝土的使用性能。
总之，水泥水化热标准的制定和执行对于保障混凝土工程质量具有重要的意义。
只有严格执行水泥水化热标准，才能够保证混凝土的使用性能，提高混凝土的耐久性，从而确保工程质量和安全。
希望全行业能够重视水泥水化热标准，共同促进混凝土行业的健康发展。
水泥水化反应
• 由图可知
• △T=Tm-Tf=Tp+Tr-Tf
• 由于稳定温度Tf值变化不大, 所 以要减少温差, 就必须采取措施 降低混凝土土入仓温度Tp和混 凝土的最大温升Tr。
电镜下的水泥水化产物图
采用发热量较低Q0的水泥和减少单位水泥 用量W , 是降低混凝土水化热温升的最有效 措施。
本讲结束！
• 3CaO.Al2O3+6H2O=3CaO.Al2O3.6H2O
• 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。
➢ 铝酸三钙、硅酸三钙↓
—水化热↓——大坝水泥
➢
硅酸二钙↑
பைடு நூலகம்
➢ 铁铝酸四钙↑——抗折强度↑——道路水泥
• 三. 温度变化过程
• 水泥在凝结硬化过程中，会放出大量的 水化热。水泥在开始凝结时放热较快，以 后逐渐变慢，普通水泥最初3d放出的总热 量占总水化热的50%以上。水泥水化热与 龄期的关系曲线如图所示，图中Qo为水泥 的最终发热量(J/kg)，其中m为系数，它与 水泥品种及混凝土入仓温度有关。
（二）硅酸盐水泥熟料的矿物组成
生料
800℃左右 分解反应
CaO
SiO2 Al2O3
800～1450℃ 化合反应
Fe2O3
3CaO·SiO2 2CaO·SiO2 3 CaO ·Al2O3 4 CaO·Al2O3·Fe2O3
矿物名称 硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙 铁铝酸四钙
与水反应速度 快
混凝土水泥水化原理
混凝土水泥水化原理混凝土是一种由水泥、水、砂、石料和掺合料等组成的建筑材料，是建筑工程中最常用的材料之一。
其中，水泥是混凝土中最为重要的成分之一，它是混凝土的胶凝材料，能够将其他成分粘结成一个整体。
因此，混凝土的性能和质量很大程度上取决于水泥的质量和使用方式。
为了更好地理解混凝土中水泥的水化原理，下面将从以下几个方面进行详细介绍。
一、水泥的化学成分水泥是一种粉状胶凝材料，主要由熟料和掺合料组成。
熟料是指经过高温煅烧的混合物，主要成分为熟料矿物相和自由钙氧化物；掺合料是指在熟料中掺入少量其他原料制成的材料，如矿渣、粉煤灰、石灰石粉等。
水泥的化学成分主要包括以下几种：1. 氧化物：主要有CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等。
2. 硫酸盐：主要有CaSO4。
3. 水合物：主要有Ca(OH)2、C-S-H凝胶等。
二、水泥的水化反应水泥的水化反应是指在水的作用下，水泥中的化学成分与水发生化学反应，形成新的水化产物的过程。
具体而言，水泥的水化反应可分为以下几个阶段：1. 水化初期水化初期是指水泥和水刚刚混合之后的阶段，此时水泥中的化学成分开始与水发生反应，放热，温度升高，形成水化产物。
水化初期一般持续数小时至数天不等。
水化初期反应主要有以下几个：（1）钙硅酸盐水化反应：主要是水泥中的硅酸盐矿物相（如三钙硅酸盐、双钙硅酸盐等）与水发生反应，生成C-S-H凝胶和Ca(OH)2。
（2）铝酸盐水化反应：主要是水泥中的铝酸盐矿物相（如三钙铝酸盐、钙铝石等）与水发生反应，生成C-A-H凝胶和Ca(OH)2。
2. 水化中期水化中期是指水化初期之后，水泥中的水化产物继续发生反应，逐渐形成稳定的水化产物的阶段。
水化中期一般持续数天至数周不等。
水化中期反应主要有以下几个：（1）水化产物的重排和再结晶：水化产物中的C-S-H凝胶和C-A-H凝胶经过重排和再结晶作用，形成更加稳定的水化产物。
（2）水化产物的碳化反应：水化产物中的Ca(OH)2逐渐与空气中的CO2反应，形成CaCO3。
混凝土中水泥水化反应的原理
混凝土中水泥水化反应的原理一、水泥的成分和特性水泥是混凝土的主要成分，其主要成分为熟料和石膏。
熟料是指将石灰石和粘土等原料在高温下煅烧得到的矿物物质，其中主要成分为三氧化二铝和二氧化硅。
石膏则是用于调节水泥硬化过程中的凝结时间和硬化性能的一种添加剂。
水泥的主要特性包括初凝时间、终凝时间、强度和耐久性等。
二、水泥水化反应的基本过程水泥在混凝土中的主要作用是通过水化反应形成胶凝体，填充空隙并形成强度。
水泥水化反应的基本过程可分为以下几个阶段：1. 水化初期水泥与水发生反应，形成硬化物质和水化热。
水化初期的主要反应是三氧化二铝和水的化学反应，产生氢氧化铝胶体和放热。
这个阶段的特点是反应速度快、放热量大、强度增长较慢。
2. 胶凝期随着水化反应的进行，氢氧化铝胶体逐渐成熟，形成更加稳定的硅酸盐胶凝体。
胶凝期的主要反应是氢氧化铝胶体和硅酸盐之间的反应，产生硅酸钙胶凝体。
这个阶段的特点是反应速度减慢、放热量减少、强度增长较快。
3. 强化期随着胶凝体的形成，水泥石的强度逐渐增加。
强化期的主要反应是硅酸盐胶凝体的晶化和形成更加稳定的结构。
这个阶段的特点是反应速度缓慢、放热量减少、强度增长较快。
4. 稳定期水泥水化反应的最后阶段是稳定期。
此时，水泥石的强度基本上已经达到了稳定状态。
稳定期的主要反应是水泥石结构的继续稳定和硬化过程的结束。
三、水泥水化反应的影响因素水泥水化反应的速度和强度受到多种因素的影响，包括水泥熟料的成分、水泥的质量、混凝土配合比、水泥与水的接触方式等。
1. 水泥熟料的成分水泥熟料的成分对水泥水化反应的速度和强度有很大的影响。
一般来说，熟料中的三氧化二铝含量越高，水泥的早期强度越高，但晚期强度可能降低。
二氧化硅含量较高的熟料可提高水泥的晚期强度。
石膏的添加量也会影响水泥水化反应的速度和强度。
2. 水泥的质量水泥的质量对水泥水化反应的速度和强度也有很大的影响。
水泥的烧制温度、磨细度、比表面积等因素都会影响水泥的水化反应速度和强度。
混凝土施工中的水化反应原理
混凝土施工中的水化反应原理一、引言混凝土是建筑工程中最常用的材料之一，其强度、硬度、耐久性等性能主要由水化反应过程决定。
因此，深入了解混凝土水化反应原理对混凝土的施工、养护、耐久性等方面具有重要意义。
二、混凝土的组成和水化反应混凝土是由水泥、骨料、粉料和水等原材料按照一定比例配合制成的材料。
其中，水泥是混凝土中最重要的成分，其主要成分为硅酸盐和铝酸盐，是混凝土中水化反应的起始物质。
混凝土的水化反应是指水泥与水发生化学反应，形成水化产物，产生热量并逐渐硬化的过程。
三、水化反应的过程1. 水泥的水化反应过程水泥与水反应后，会分解出各种水化产物。
首先，在水泥颗粒表面形成水化膜，然后水化膜向内扩散，形成水化带。
随着时间的推移，水化带逐渐扩大，直到全部水化完成。
整个过程可以分为以下几个阶段：（1）吸水和沉淀阶段：水和水泥颗粒表面的氢氧根离子结合，形成水化膜。
（2）结晶核形成阶段：水化膜向内扩散，使水泥颗粒表面的硅酸盐和铝酸盐水化生成了一些半水合物，并在表面形成了微小的结晶核。
（3）晶体生长阶段：随着时间的推移，结晶核逐渐成长，形成更大的晶体。
同时，非晶态的水化产物也逐渐转化为晶体。
（4）硬化阶段：晶体继续生长，逐渐填充空隙，形成致密的水化产物，使混凝土逐渐硬化。
2. 水化反应的影响因素水化反应的速率和产物的性质受到多种因素的影响，主要包括以下几个方面：（1）水泥的种类和品种：不同种类和品种的水泥水化反应的速率和产物的性质都不同。
（2）水泥与水的配合比：水泥与水的配合比会影响水泥的分散度和水化反应的速率。
（3）温度：温度对水泥水化反应的速率和产物的性质都有一定影响。
（4）骨料和粉料的质量：骨料和粉料的质量对混凝土的性能和水化反应也有影响。
四、混凝土水化反应的热效应混凝土水化反应不仅是化学反应，还是一个放热反应。
由于水化反应产生的热量不能迅速散发，会在混凝土内部积累，导致温度升高。
如果混凝土内部温度过高，会影响混凝土的性能、耐久性和使用寿命。
混凝土水泥水化反应原理
混凝土水泥水化反应原理一、引言混凝土是一种广泛应用于建筑领域的重要材料，其主要成分是水泥、骨料、砂子和水等。
其中，水泥是混凝土最主要的成分之一，它能够与水发生化学反应，形成水化产物，使混凝土具有较高的强度和耐久性。
因此，深入了解混凝土水泥水化反应原理对于混凝土的制作和使用具有重要意义。
二、水泥的组成水泥是混凝土的主要胶凝材料，它是一种细粉末状的物质，主要由熟料和适量的石膏制成。
熟料是指在高温下经过煅烧和磨制的物质，其主要成分是熟料矿物，包括三氧化二铝、二氧化硅、三氧化二铁和四氧化三钙等。
石膏是一种含有硫酸盐的矿物，是水泥的辅助材料。
三、水泥的水化反应水泥与水发生化学反应，形成水化产物的过程称为水泥的水化反应。
水化反应是在水泥颗粒表面上发生的，其速度受到水和温度的影响。
水化反应主要分为两个阶段：早期水化反应和后期水化反应。
1. 早期水化反应早期水化反应发生在水泥与水混合的瞬间，其主要产物是硬化结晶体和硝酸盐等。
硬化结晶体是指在水泥颗粒表面形成的一种针状晶体，其主要成分是水化三氧化二铝和水化二氧化硅等。
硬化结晶体能够填充混凝土中的空隙，提高混凝土的密实度和抗渗性能。
硝酸盐是一种有害物质，能够促进混凝土的开裂和腐蚀。
因此，在制作混凝土时需要控制早期水化反应的速度，减少硝酸盐的生成。
2. 后期水化反应后期水化反应是指在早期水化反应后发生的反应，其主要产物是水化硅酸钙和水化铝酸盐等。
水化硅酸钙是一种针状晶体，能够填充混凝土中的空隙，提高混凝土的密实度和强度。
水化铝酸盐是一种胶状物质，能够使混凝土具有较好的抗裂性能和耐久性。
后期水化反应的速度较慢，通常需要几个月甚至几年的时间才能完成。
四、影响水泥水化反应的因素水泥的水化反应受到多种因素的影响，这些因素包括水泥的种类、水泥的用量、水泥与水的比例、水质、温度等。
下面将对这些因素进行详细介绍。
1. 水泥的种类不同种类的水泥在水化反应中产生的产物不同，因此对混凝土的性能也有影响。
混凝土硬化过程中的化学反应原理
混凝土硬化过程中的化学反应原理一、引言混凝土是一种广泛应用于建筑和基础设施工程中的材料，它的主要成分是水泥、沙子、石子等。
混凝土硬化是指混凝土在水泥水化反应的作用下，逐渐变得坚硬和耐用的过程。
混凝土硬化过程中的化学反应是混凝土硬化的关键，本文将对混凝土硬化过程中的化学反应原理进行详细介绍。
二、混凝土硬化过程中的化学反应1. 水泥水化反应水泥是混凝土中的主要胶凝材料，它的水化反应是混凝土硬化过程中最重要的化学反应。
水泥水化反应包括初期水化反应和后期水化反应两个阶段。
（1）初期水化反应水泥在加水后，会和水发生反应，生成水化产物。
初期水化反应的产物主要有硬石膏、水化硅酸钙等。
这些产物会填充混凝土中的微孔和毛细孔，从而提高混凝土的密实度和强度。
（2）后期水化反应后期水化反应是指水泥在初期水化反应后，继续和水发生反应，生成新的水化产物。
后期水化反应的产物主要有水化铝酸盐凝胶、水化硅酸钙凝胶等。
这些产物不仅填充混凝土中的孔隙，还能与混凝土中的骨料和水化硅酸钙等形成化学键，从而提高混凝土的强度和耐久性。
2. 水泥熟料矿物的化学反应水泥熟料是水泥的主要原料，它由石灰石、粘土等矿物在高温下煅烧得到。
水泥熟料在混凝土硬化过程中也会发生化学反应。
（1）熟料中的矿物相互反应熟料中的矿物相互反应会产生新的化合物，如水化硅酸盐、水化铝酸盐等。
这些化合物会在水泥水化反应中起到重要的催化作用，促进水泥水化反应的进行。
（2）熟料中的CaO与水反应熟料中的CaO会和混凝土中的水发生反应，生成Ca(OH)2。
Ca(OH)2能够促进水泥水化反应的进行，同时也会填充混凝土中的孔隙，提高混凝土的密实度和强度。
3. 混凝土中的化学反应混凝土中的水化硅酸钙、水化铝酸盐、水化硅酸钠等成分也会发生化学反应，这些反应会进一步提高混凝土的强度和耐久性。
（1）水化硅酸钙与水化铝酸盐的反应水化硅酸钙和水化铝酸盐会相互反应，生成水化硅酸钙凝胶。
水化硅酸钙凝胶能够填充混凝土中的孔隙，同时与混凝土中的骨料和水化硅酸钙等形成化学键，提高混凝土的强度和耐久性。
水泥的水化过程详解
水泥的水化过程详解一、初始反应期。
1. 水泥与水接触。
- 当水泥与水混合时，水泥颗粒表面的矿物成分立即开始与水发生反应。
水泥中的主要矿物成分有硅酸三钙（C₃S）、硅酸二钙（C₂S）、铝酸三钙（C₃A）和铁铝酸四钙（C₄AF）。
- 首先是铝酸三钙（C₃A）的反应。
C₃A与水迅速反应，生成水化铝酸钙（C₃AH₆），这个反应在水泥与水混合后的几分钟内就开始进行。
反应方程式为：C₃ A + 6H→C₃AH₆。
由于这个反应速度非常快，会在短时间内释放出大量的热量，这也是水泥早期水化热的主要来源之一。
2. 诱导期。
- 在C₃A快速反应之后，水泥的水化进入诱导期。
此时，硅酸三钙（C₃S）开始缓慢水化。
在诱导期内，C₃S表面形成一层水化产物膜，这层膜会阻碍水与C₃S的进一步接触，使得反应速度减慢。
- 诱导期的持续时间与水泥的组成、温度、水灰比等因素有关。
一般来说，在常温下，诱导期可持续1 - 2小时。
二、加速反应期。
1. 硅酸三钙的水化加速。
- 随着时间的推移，硅酸三钙（C₃S）表面的水化产物膜开始破裂。
这可能是由于膜内渗透压的增加或者是膜内晶体生长产生的应力所致。
- 一旦膜破裂，C₃S与水的反应速度就会大大加快。
C₃S与水反应生成氢氧化钙（Ca(OH)₂）和水化硅酸钙（C - S - H凝胶）。
反应方程式为：2C₃S+6H→C₃S₂H ₃ + 3Ca(OH)₂。
- 在这个阶段，由于C₃S的大量水化，水泥浆体开始逐渐变稠，同时释放出大量的热量，这是水泥水化过程中第二个放热高峰。
2. 硅酸二钙的水化开始。
- 硅酸二钙（C₂S）在这个阶段也开始水化。
C₂S的水化反应与C₃S类似，但反应速度较慢。
C₂S与水反应也生成氢氧化钙（Ca(OH)₂）和水化硅酸钙（C - S - H凝胶），反应方程式为：2C₂S+4H→C₃S₂H₃+Ca(OH)₂。
三、减速反应期。
1. 反应速率降低的原因。
- 随着水化的进行，水泥颗粒周围的水化产物不断积累，使得水与未水化水泥颗粒的接触变得困难。
水泥水化程度研究方法及其进展
水泥水化程度研究方法及其进展一、本文概述水泥水化程度作为衡量水泥混凝土性能的重要指标之一，其研究对于优化混凝土结构设计、提高工程质量和延长使用寿命具有重要意义。
本文旨在探讨水泥水化程度的研究方法及其进展，包括传统的研究手段和现代分析技术的应用，以及这些方法在水泥水化机理、水化过程控制和水化产物性能评估等方面的实际应用。
文章将概述水泥水化的基本过程，分析影响水泥水化的主要因素，介绍各类研究方法的基本原理和特点，评述它们的优缺点和适用范围，并展望未来的研究方向和发展趋势。
通过本文的综述，读者可以对水泥水化程度的研究现状有全面的了解，为水泥混凝土的性能优化和应用提供理论支持和实践指导。
二、水泥水化过程及其影响因素水泥水化是水泥混凝土性能形成和发展的重要过程，其涉及水泥与水反应，产生硬化体并逐渐增强混凝土强度。
水泥水化过程主要发生在混凝土浇筑后的初期阶段，通常持续数天至数周，取决于水泥类型、环境条件以及混凝土配合比等因素。
水泥水化过程可以简单划分为几个阶段：溶解阶段，水泥颗粒与水接触后开始溶解，释放出钙离子、硅酸根离子等；水化阶段，这些离子与水分子发生化学反应，形成水化产物，如氢氧化钙、硅酸钙等；凝结硬化阶段，随着水化产物的不断生成，它们填充在混凝土内部孔隙中，使混凝土逐渐硬化并增强强度。
影响水泥水化过程的因素众多。
首先是水泥的种类和性质，不同类型的水泥其水化速率、水化产物的类型和数量都有所不同。
例如，硅酸盐水泥的水化速率较快，而硫铝酸盐水泥的水化速率较慢。
其次是环境温度和湿度，温度越高，水泥水化速率越快；湿度则影响水泥的溶解和水化反应的进行。
混凝土配合比、掺合料种类和掺量、外加剂的种类和掺量等因素也会对水泥水化过程产生影响。
近年来，随着材料科学和测试技术的发展，对水泥水化过程的研究越来越深入。
通过采用先进的测试技术，如射线衍射、扫描电子显微镜、热分析等，可以更加详细地了解水泥水化过程中各阶段的化学和物理变化，为优化混凝土配合比、提高混凝土性能提供理论依据。
混凝土硬化的原理
混凝土硬化的原理混凝土硬化是指混凝土在水泥水化反应的作用下逐渐变硬、变坚固的过程。
混凝土硬化的原理涉及多个方面，包括水泥水化反应、水分蒸发、热量释放、孔隙结构形成等。
下面将详细介绍混凝土硬化的原理。
一、水泥水化反应水泥水化反应是混凝土硬化的主要原理。
水泥是混凝土中的主要胶凝材料，其主要成分是氧化钙、硅酸盐和铝酸盐。
在混凝土中，水泥与水反应生成水化产物，从而使混凝土逐渐变硬、变坚固。
水泥水化反应是一个复杂的化学反应过程，包括多个阶段。
在水泥与水接触后，水泥粒子表面的氧化钙（CaO）和硅酸盐（SiO2）会与水中的氢氧根离子（OH-）反应，生成钙硅酸盐凝胶（C-S-H）和钙羟基石灰石（CH）。
这些水化产物填充了混凝土中的孔隙，从而使混凝土逐渐变硬、变坚固。
此外，水泥水化反应还会释放热量，促进混凝土的硬化过程。
二、水分蒸发水分蒸发也是混凝土硬化的重要原理。
在混凝土浇灌后，混凝土表面的水分会逐渐蒸发，从而促进混凝土的硬化过程。
混凝土中的水分主要分为两种：吸附水和孔隙水。
吸附水是指附着在水泥颗粒表面的水分，其蒸发速度比较快。
孔隙水是指混凝土中孔隙中的水分，其蒸发速度比较慢。
在混凝土表面的水分蒸发后，混凝土内部的水分会逐渐向表面迁移，从而加速混凝土的硬化过程。
三、热量释放水泥水化反应会释放大量的热量，促进混凝土的硬化过程。
水泥水化反应是一个放热反应，其放热量与水泥中氧化钙和硅酸盐的含量以及水泥中添加的其他材料有关。
在混凝土中，水泥水化反应释放的热量主要分为三种：早期热量、中期热量和后期热量。
早期热量是指混凝土浇灌后的24小时内释放的热量，其主要来源于水泥水化反应。
中期热量是指混凝土浇灌后的24小时到7天内释放的热量，其主要来源于水泥水化反应和混凝土中其他材料的反应。
后期热量是指混凝土浇灌后7天以上的时间内释放的热量，其主要来源于混凝土中其他材料的反应。
四、孔隙结构形成混凝土的孔隙结构对其力学性能和耐久性有着重要影响。
水泥水化硬化过程
水泥水化硬化过程是指水泥与水发生化学反应，形成水化产物，使水泥浆体逐渐凝结和硬化的过程。
水泥水化硬化过程可以分为以下几个阶段：
1. 水化初期：水泥与水接触后，水化反应开始迅速进行。
水化反应主要是水泥中的硅酸盐矿物与水中的氢氧根离子（OH-）发生化学反应，生成硅酸钙凝胶和水化硅酸盐胶体。
在这个阶段，水泥浆体开始逐渐凝结，但仍然呈液态。
2. 凝结阶段：随着水化反应的进行，水泥浆体逐渐凝结，变得更加粘稠。
硅酸钙凝胶和水化硅酸盐胶体逐渐形成，并填充水泥颗粒之间的空隙，使水泥浆体变得坚固。
在这个阶段，水泥浆体的强度开始增加。
3. 硬化阶段：水泥浆体逐渐变得坚硬，形成水泥石。
水化反应继续进行，水化产物的数量和密度增加，水泥石的强度不断提高。
在这个阶段，水泥石的强度会逐渐达到设计要求。
水泥水化硬化的过程受到多种因素的影响，包括水泥的成分、水泥与水的比例、温度、湿度等。
不同的水泥和水泥浆体配比可以产生不同的水化硬化过程和水泥石性能。
水泥水化过程的化学原理
05
水泥水化过程的控制与优化
水泥水化过程中的影响因素控制
水泥品种和成分的控制
01
• 选择合适的水泥品种和成分
• 优化水泥水化过程
水泥用量和细度的控制
02
• 合理控制水泥用量和细度
• 优化水泥水化过程
水泥浆体温度和湿度的控制
03
• 控制水泥浆体的温度和湿度
• 优化水泥水化过程
04
外加剂和掺合料的控制
水泥水化过程的化学原理
01
水泥水化过程的基本概念
水泥水化的定义及其重要性
水泥水化是指水泥与水发生化学反应的过程
• 反应生成水化产物 • 水化产物填充水泥颗粒间的空隙 • 增强水泥强度和耐久性
水泥水化过程的重要性
• 决定了水泥的性能和耐久性 • 影响建筑工程的质量和安全 • 与环境保护和资源利用密切相关
• 选择合适的外加剂和掺合料
• 优化水泥水化过程
水泥水化过程中的施工工艺优化
施工工艺对水泥水化过程的影响
• 施工工艺影响水泥水化过程的进行速度 • 施工工艺影响水泥水化产物的分布和性能
施工工艺的优化
• 优化水泥搅拌和浇筑工艺 • 优化水泥养护和硬化工艺
水泥水化过程中的材料优化
水泥优化
• 优化水泥品种和成分 • 提高水泥水化性能和耐久性
外加剂和掺合料优化
骨料优化
• 选择合适的外加剂和掺合料 • 提高水泥水化性能和耐久性
• 优化骨料品种和质量 • 提高水泥浆体的密实度和强度
06
水泥水化过程在工程中的应用
水泥水化过程在建筑材料中的应用
水泥在建筑材 料中的应用
01
• 混凝土、砂浆、砖等建筑材 料 • 水泥水化过程影响建筑材料 的性能和耐久性
水泥水化反应公式
水泥水化反应公式水泥是一种常见的建筑材料，其主要成分是水泥熟料和适量的石膏。
水泥水化反应是指水泥与水发生化学反应，形成水化产物。
下面将详细介绍水泥的水化反应公式。
水泥的主要成分是熟料，其主要由石灰石（CaCO3）、黏土和其他材料如砂、铁矿石等组成。
在生产过程中，这些原料先经过破碎、混合、煅烧等工艺，产生熟料。
将熟料与适量的石膏混合，经过研磨、制成石膏水泥。
水泥与水发生水化反应，主要分成以下几个阶段。
1.熟化期阶段：水泥加入水后，熟化期得以开始，此时水泥中的三种主要矿物，石灰石（CaCO3）、硅酸二钙（C2S）和石膏（CaSO4）开始发生反应。
最先反应的是石膏，形成硫酸钙（CaSO4·2H2O）。
硫酸钙是水泥凝结和硬化过程中的重要水化产物。
反应公式：CaSO4+2H2O→CaSO4·2H2O2.硅酸二钙水化阶段：在熟化期之后，硅酸二钙开始与水发生水化反应。
硅酸二钙的水化过程是水泥凝结和硬化的主要过程。
硅酸二钙的水化过程可以分为两个阶段：快速水化和慢速水化。
快速水化：在水化的早期阶段，硅酸二钙的水化反应是非常快速的。
硅酸二钙在水中分解为钙离子（Ca2+）和氢氧根离子（OH-）。
反应公式：C2S+2H2O→Ca2++2OH-+SiO2慢速水化：随着时间的推移，快速水化阶段结束后，慢速水化阶段开始出现。
慢速水化主要是硅酸二钙与水中的钙离子反应，生成水化硅酸钙胶凝材料（C-S-H）。
C-S-H是水泥中产生的主要水化产物，它是水泥的主要凝结和硬化产物，具有胶凝性能。
反应公式：Ca2++SiO2+H2O→C-S-H3.硫铝酸钙水化阶段：硫铝酸钙（C3A）也是水泥中的主要成分之一，它会与水和氢氧根离子发生反应，生成水化硫铝酸钙胶凝材料（C-A-H）。
C-A-H也是水泥中的一种水化产物，对于水泥的硬化和强度发挥重要作用。
反应公式：2C3A+6H2O+6OH-→C-A-H+3Ca(OH)24.法氏体转换阶段：在水泥水化反应的后期，C3S开始发生法氏体转变反应，即C3S中的糊剂转化为Cu-S-H胶凝材料。
水泥水化热测定方法
水泥水化热测定方法水泥的水化反应是指水泥在水的存在下发生的反应，其中水泥与水发生化学反应生成水硬性固体，即水泥石。
水泥水化热是指在水泥水化反应过程中放出的热量。
水泥水化热的测定是水泥基材料研究领域中非常重要的一个实验方法，在水泥材料的设计、配方，以及性能等方面有着重要的意义。
下面我们就介绍一下水泥水化热的测定方法。
一、实验目的1.了解水泥与水发生反应后放出的热量；3.研究不同水泥水化热的变化规律及其影响因素。
二、实验原理在水泥的水化反应过程中，水泥与水发生化学反应后生成水泥石。
在此过程中，水泥的水化热是通过测定水泥与水反应中所放出的热量来确定的。
水泥水化热实验中主要用到反应热学的原理，根据热量守恒定律，水泥与水反应的过程中，放出的热量应该等于吸收的热量，即：Qc = QpQc是水泥的水化热，单位为焦耳(J)；水泥水化热实验中，一般采用大气压下的绝热式容器来进行测定。
在实验过程中，放置水和水泥试样的绝热压力容器中，通过测量水泵冷却水的温升来测定水泥水化过程中放出的热量。
三、实验仪器和材料1.水泥：普通硅酸盐水泥；2.水：蒸馏水或去离子水；3.实验设备：加热水浴器、称量仪、绝热压力容器、热电偶、数字温度计、水泵和计时器等。
四、实验步骤1.取适量的水泥，在研钵中研磨10 min左右，筛过80目筛网备用；3.将适量的水加入绝热压力容器中，再加入研磨后的水泥，混合均匀；4.将绝热压力容器放入加热水浴器中，加热至恒定温度，并在加热过程中不断搅拌试样；5.结束加热后，测定温度计初值，并恒速搅拌计时；6.同时启动水泵电机，将冷却水从水泵进入绝热压力容器中，观察水的温度变化，并记录变化过程中的时间、温度值；7.完成实验后，根据实验数据计算水化热；8.重复进行同样的实验两次或三次，得到平均值。
五、实验记录和结果分析1.实验记录在实验过程中，需要记录每次实验开始时的时间和温度，以及结束时的时间和温度，实验的热化曲线等数据。
水泥水化的作用
水泥水化的作用
一、水泥的水化作用
水泥的水化作用是制造水泥制品最关键的过程之一。
以下是水泥的水化作用的几个方面：
1、增加水泥的强度。
水化反应使水泥变得更加坚硬，因此水泥在硬化后具有更高的强度和更好的耐久性。
2、使水泥充分硬化。
水化过程是将水泥变成坚硬石头的最终过程。
水泥越坚硬，就越能抵御各种力量的摧毁。
3、提高水泥的抗裂性。
水泥的水化过程使其更加结实，因此能够更好地抵抗裂纹和破裂。
4、保持混凝土结构的完整性。
水泥是混凝土中的主要材料之一。
通过水泥的水化过程，混凝土的结构得以保持完整并保持其原有的强度。
5、改善水泥的质量。
因为水泥石是水泥的最终产物，具有更高的强度和更好的耐久性，因此水化过程也会改善水泥的质量。
二、水泥水化过程容易产生的问题
在水泥的水化过程中，可能会发生一些不良现象，如活性水泥、钙偏析、水泥釉面等。
这些问题可能会影响水泥制品的外观和性能，因此需要尽可能地避免。
混凝土水化反应原理
混凝土水化反应原理混凝土水化反应是指混凝土中水与水泥反应形成水泥石的过程。
混凝土水化反应是混凝土的基本性质和结构形成的基础。
混凝土水化反应的原理是在水和水泥之间发生的化学反应。
水泥通过与水反应，形成水泥石和水化产物，从而使混凝土获得强度和硬度。
混凝土水化反应的过程可以分为三个阶段。
第一阶段为溶解或快速水化阶段，第二阶段为中等水化阶段，第三阶段为缓慢水化阶段。
在第一阶段，水泥颗粒与水接触后，开始快速水化反应。
水泥屑的表面开始溶解，释放出钙离子、硅酸离子、氢氧离子和氢氧根离子等离子体。
这些离子体与水中存在的离子体一起形成了水化产物，并在短时间内迅速增加混凝土的强度和硬度。
这个过程在几分钟到几小时内完成。
在第二阶段，水泥颗粒继续与水反应，形成更多的水化产物。
这个过程在几小时到几天内完成。
水泥中的硅酸盐矿物质逐渐水解和晶化，形成水泥石的骨架。
水泥石的强度和硬度在这个阶段逐渐增加。
在第三阶段，水泥颗粒与水的反应逐渐减缓，只有少量的水化反应发生。
这个过程可以持续几个月或几年。
在这个阶段，水泥石的强度和硬度仍然会增加，但增加的速度非常缓慢。
混凝土水化反应的产物是水泥石和水化产物。
水泥石是由水泥颗粒与水反应形成的结晶体，是混凝土的主要成分。
水化产物包括氢氧化钙、氢氧化硅钙、水化硅酸钙等物质，是混凝土的辅助成分。
水化产物可以填充混凝土中的孔隙和缝隙，提高混凝土的密实性和耐久性。
混凝土水化反应的影响因素包括水泥的种类和配合比、水泥的细度和活性、水泥与水的接触方式、水泥与骨料的接触方式、环境温度和湿度等。
不同种类的水泥具有不同的水化反应速度和强度发展规律。
不同的配合比会影响混凝土的强度和耐久性。
水泥的细度和活性越高，水化反应速度越快。
水泥与水的接触方式和水泥与骨料的接触方式也会影响水泥水化反应的速度和强度发展规律。
环境温度和湿度也会对混凝土水化反应产生影响。
总之，混凝土水化反应是混凝土形成和发展的基础，是混凝土得到强度和硬度的关键。
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第三部分 水化速率及影响因素 • 一、水化速率
• 表示方法：单位时间内的水化程度或水化深度： 水化程度：发生水化作用的量和完全水化量的比 值。 水化深度：已水化层的厚度 • 测定方法： • 直接法：岩相分析、X射线分析和热分析等，直 接测定水化程度。 • 间接法：测试水化热、结合水以及Ca(OH)2生成 量等。
C3A⋅ 3CS ⋅ H32 + 2C4AH13 = 3(C3A⋅ CS ⋅ H12) + 2CH+ 20H
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• （4）当石膏掺量极少，在所有的钙矾石都已经转化成单硫型水化硫 铝酸钙后，就可能还有未水化的C3A剩余，C3A水化所成的C4AH13与 单硫型水化硫铝酸钙反应生成固溶体。
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C3A在纯水中的水化过程分为3个阶段：（P54图2-2-5-7）
阶段A: 相应于C3A迅速溶解以及六方片状水化产物形成，第一放热峰 出现，水化反应速度下降； 阶段B：相应于C3AH6立方体的形成，使六方片状水化物层破坏，第 二放热峰出现，水化反应重新加速； 阶段C：相应于在C3A周围形成立方状C3AH6水化物，水化反应变慢。
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延迟成核理论 • 当C3S与水接触后迅速水解，Ca2+ OH- 及进入溶液，这样就使原来的 C3S表面变为“缺钙”或“富硅”的表面层，液相中的Ca2+ 就会因为 化学吸附作用吸附在富硅的表面，并使表面带正电荷。C3S表面的高 浓度Ca2+降低了C3S的进一步水解，这样就开始了诱导期。 • Ca2+和OH-相继以低速率溶解，当液相相对于Ca(OH)2成为过饱和时， Ca(OH)2晶核迅速形成。 • 当Ca(OH)2结晶成长时会从溶液中移去Ca2+和OH-离子，这样就恢复了 水化的加速期。
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• C3A的水化产物
CaSO4·2H2O/C3A （摩尔比）
水化产物 AFt AFt + AFm AFm 单硫型固溶体 水石榴石 C3AH6
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3.0 1.0～3.0 1.0 <1.0 0
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在有石膏、Ca(OH)2存在的条件下，C3A的水 化过程分为4个阶段(P55 图2-2-5-8) 阶段I：C3A溶解，钙矾石(Aft)形成,水化速率减慢 阶段II：由于包覆层变厚，结晶压力大，钙矾石包覆层局部破裂； 阶段III：包覆层破裂处，水化反应重新加速，所形成的钙矾石又使得破裂 处封闭。 阶段IV：石膏消耗完毕，C3A与钙矾石继续反应生成单硫型铝酸钙(Afm)，出现第二 个放热高峰。
C4AH13 + 3CSH2 +14H = C3A⋅ 3CS ⋅ H32 + CH
• 所形成的三硫型水化硫铝酸钙，又称钙矾石。由于 其中的铝可被铁置换而成为含铝、铁的三硫酸盐相， 故常以AFt表示。钙矾石不溶于碱溶液而在C3A表 面沉淀形成致密的保护层，阻碍了水与C3A进一步 反应，因此降低了水化速度，避免了急凝。
第五节 水泥水化
第一部分 熟料单矿物的水化
1.C3S水化 常温条件下， C3S的水化反应式为：
3CaO ⋅ SiO2 + nH 2O → xCaO ⋅ SiO2 ⋅ yH 2O + (3 − x )Ca (OH )2
• 即: C3S+nH = C-S-H +（3-x)CH 式中 x——表示钙硅比（C/S） n——表示结合水量 生成物C-S-H在常温下呈胶凝状，化学组成不固定。有多种形态（箔片状、纤维状 等）。X与石灰浓度、温度及W/C有关。 组成不固定： [CaO]：0.112～1.12g/l时， C-S-H（Ⅰ） (0.8～1.5)CaO·SiO2·(0.5～2.5)H2O [CaO]>1.12g/l时， C-S-H（Ⅱ） (1.5～2.0)CaO·SiO2·(1～4)H2O School of Highway, Chang’an University 长安大学公路学院
• • • • C3S水化机理，一般在第1、4、5阶段没有争议，但对于第2、3阶段则有不同的解释方法。 第1阶段：C3S溶于水，迅速发生水化，故有一个放热高峰。 第4阶段：随着水化物在颗粒周围的形成，C3S的水化作用受到阻碍，因而水化又从加速 过程进入减速过程。 第5阶段：最初的产物，大部分生长在颗粒原始周界以外（称“外部产物”），后期则 生长在原始周界以内（称“内部产物”），此时C3S的水化完全由水向内部的扩散控制， 水化速度很慢，故进入稳定期。
C3S水化的五个阶段
C3S的水化过程是放热过程，根据放热速率随时间的变化关 系，大体上可把其水化过程分为5个阶段。
诱导期
诱导前期
加速期
C3S水化过程
衰减期
稳定期
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• I 诱导前期 • 急剧反应，出 现第一个放热 峰，时间很短， 在15min以内 结束。
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• （2）有石膏存在时，C4AH13与石膏反应生成钙矾 石
4Ca ⋅ Al2O3 ⋅13H2O+ 3(CaSO4 ⋅ 2H2O) +14H2O = 3CaO⋅ Al2O3 ⋅ 3CaSO4 ⋅ 32H2O+ Ca(OH)
3CaO⋅ Al2O3 ⋅ CaSO4 ⋅12H2O+ 3CaO⋅ Al2O3 ⋅13H2O = 2[3CaO⋅ Al2O3 ⋅ (CaSO4 Ca(OH)2 ) ⋅12H2O] 、
C3A⋅ CS ⋅ H12 + C4AH13 = 2C3 A⋅ (CS、CH) ⋅ H12
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第2、3 阶段的研究主要有保护层理论和延迟成核理论两种理论 。 保护层理论：将“潜伏期”归因于保护层的生成，待保护层破裂时， 潜伏期终止。 保护层理论一： 假设在水化过程中连续生成了三种不同的水化物。 第一类水化物（C/S=3.0）在几分钟内生成，并很快在C3S周围形成了 致密的保护层，延缓了C3S水化，Ca离子进入液相的速率降低，导致 诱导期开始。 在诱导期，水化物C/S降低，第一类水化物向第二类（C/S=0.8～1.5， 呈膜状）水化物转变，这时包覆层的透水性提高，同时液相也变成为 Ca（OH）2的过饱和状体。 加速期的出现是由于C3S粒子表面包覆层的崩裂或重结晶的结果，这 时形成的第三类水化物（C/S=1.5～2.0）呈纤维状。
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C3S各水化阶段形成的产物如图2.6所示。
图2.6 C3S水化各阶段示意图 水化各阶段示意图
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C3S水化机理 水化机理
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保护层理论二：渗透压理论 • 在水泥粒子周围，几分钟内就形成了一种凝胶状 的半渗透膜，随着水化不断进行，在半渗透膜内 部产生了渗透压，最终导致包覆层破裂，潜伏期 结束。然后通过半透膜内部缺Ca离子的溶液和外 部的Ca离子发生反应，开始生长出C-S-H纤维。
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C3A在有石膏、Ca(OH)2存在的条件下水化
• （1）在液相的氧化钙浓度达到饱和时
3CaO⋅ Al2O3 + Ca(OH)2 +12H2O = 4CaO⋅ Al2O3 ⋅13H2O
• C3A + CH +12H = C4AH13 • 在硅酸盐水泥浆体的碱性液相中最易发生； • 处于碱性介质中的C4AH13在室温下能够稳定存 在，其数量迅速增多，就足以阻碍粒子的相对 移动，使浆体产生瞬时凝结。 • 在水泥粉磨时通常都掺有石膏进行缓凝。
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3 C3A水化
C3A在纯水中的水化反应式为：
2(3CaO⋅ Al2O3) + 27H2O →4CaO⋅ Al2O3 ⋅19H2O + 2CaO⋅ Al2O3 ⋅8H2O
即：2C3A+27H=C4AH19+C2AH8 • C4AH19在低于85%的相对湿度时，即失去6摩尔的结晶 水而成为C4AH13。C4AH19、C4AH13和C2AH8均为六方片 状晶体，在常温下处于介稳状态，有向C3AH6等轴晶体转 化的趋势。 • 在温度较高的情况下， C3A还会直接生成C3AH6 。
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Hale Waihona Puke 长安大学公路学院2 C2S水化
C2S的水化反应式为：
2CaO⋅ SiO2 + nH2O → xCaO⋅ SiO2 ⋅ yH2O+ (2 − x)Ca(OH)2
即： C2S十mH=C-S-H+(2-x)CH C2S的水化过程与C3S极为相似，具体区别在 于：C3S的水化速度比C2S高很多，约为C2S 水化速度的20倍。