硅酸盐水泥的水化和硬化PPT课件
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①Klaus Meinhard 等建立的基本水化模型确定了普通硅酸盐水泥水化时 的热释放量及热释放率，并将其适用范围扩大至其他类别的混合水泥 [20]。这个多阶段水化模型考虑到了主要熟料相的水化反应动力学，并 且也考虑了在工程实践中经常使用的混合水泥的水化的影响。此水化模 型可以通过差示量热分析来验证。
图3 b
图3 d
使用TEM 观察水化12 h 的样品中CSH 凝胶的形貌, 结果如图3(b)所示。生成的CSH
凝胶层较薄,CSH凝胶絮状结构的尺寸也在200~500 nm, 与SEM观测结果一致。能够
看到CSH 凝胶呈无定向的箔状,且普遍较疏松。使用EDX分析其元素构成, 结果如图
3(d)所示, 进一步确认了该产物为CSH 凝胶。
②基于自适应神经模糊推理系统(ANFIS)的基础上Abdulhamit Subasi 等 提出了一种用来预测普通水泥和混合水泥早期水化热的新方法[21]，此 法分别结合了神经网络的适应能力和模糊逻辑的定性方法。试验结果表 明，该法可作为一个评价
通过SEM 和TEM 观察水泥浆体样品中的Ca(OH)2 晶体, 结果如图1 所示. 在SEM 图 像中, 能够发现大量的六方板状Ca(OH)2 晶体, 图1(a), 其尺寸为2 um 左右.。 Ca(OH)2 晶体在TEM 中形貌见图1(b), 同样为片状六方晶体. 用电子衍射方法能够 得到规则的衍射花样如图2 所示, 证明水泥浆体早期水化生成的Ca(OH)2 晶体为规 则的单晶结构。
硅酸盐水泥的水化和硬化
一Baidu Nhomakorabea 水泥水化过程 二、 水化初期产物形貌 三、 水化模型 四、晶种对硬化水泥的影响
水化产物 填充空隙 并将水泥 颗粒连接 在一起
已水化的水 泥浆里留下 的孔隙
未水化水 泥颗粒
二、水化初期产物形貌
我们都知道水泥早期水化产物Ca(OH)2、水化硅酸钙凝胶(CSH)、钙矾石(AFt)、 单硫型水化硫铝酸钙(AFm)。下面们我们对它的微观形貌、结晶形态、元素构 成进行简要的探讨。
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.
图7 a
图7e
在水化12 h 的水泥浆体中, 通过SEM 可以观察到针状产物, 长度约为1~2 um, 如图7(a)中所 示. 一般认为这是AFt 或AFm 的特征形貌. 但在SEM 中,我们无法辨别其到底是AFt 还是 AFm, 因为EDX 分析的最小尺寸往往远大于早期生成的AFt 与AFm 的尺寸, 得到的元素构 成如图7(e)所示, 有大量的Al, Si和Ca 元素, 也有少量的S, Mg 和K 元素. 参照2.2.2章节CSH 凝胶元素分析中遇到的问题及其机理解释,我们发现SEM 得到的元素分析结果大部分是来 源于未水化的水泥颗粒, 因此, 无法通过SEM 附带的EDX 辨别某个细小水化产物到底是AFt 还是Afm。
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
素分析, 结果如图3(c)所示, 大量的元素为Ca 和Si, 从元素构成可以确认产物为CSH 凝胶.
分析结果中还有少量的Al, S, Mg, K 等元素, 这是由于水化早期CSH 凝胶生成量较少, 而
SEM 下EDX 的作用范围约为1μm3, 在这个分辨率下不可避免地有未水化水泥颗粒的干扰, 因此SEM附带的EDX 并不能给出准确的CSH 凝胶的元素分析结果, 只能是一个大概的数值。
使用TEM 研究水化12 h 的水泥样品, 可以观察到与SEM 观察结果类似的 针状产物, 长度约为1～2um, 如图7(b)所示. SEM 观察结果与TEM 观察 结果能够相互印证. 利用TEM 附带的高精度EDX 可以准确分辨AFt 和AFm, 如图7(f)与图7(e)所示, AFt 中的硫元素含量要远高于AFm. 在TEM 中进 一步精细观察水泥浆体中的针状水化产物, 如图7(c)与图7(d).AFt 与 AFm 都呈现定向生长. AFt 呈现较为完整的针状, 产物边缘整齐、棱角 分明; AFm 是由AFt 和C3A二次反应生成的, SEM 观察下也呈针状, 但在 TEM中, 可以发现AFm边缘不平整, 几乎没有棱角, 形貌趋向片层状发展, 有明显的二次反应迹象.
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。
在图3(c)与图3(d)中选取同一样品中不同位置的CSH 凝胶进行多次测量, 精确计算Ca/Si 比并进行统计, 结果如图4所示。比较同一样品在SEM和 TEM中的Ca/Si比数据,发现两者相差甚远, SEM得到的Ca/Si比平均值为 2.35,TEM 得到的平均值为1.29。两种方法的实验结果分别与已有研究的 结果比较接近。SEM 得到的结果明显大于TEM。
图3 b
图3 d
使用TEM 观察水化12 h 的样品中CSH 凝胶的形貌, 结果如图3(b)所示。生成的CSH
凝胶层较薄,CSH凝胶絮状结构的尺寸也在200~500 nm, 与SEM观测结果一致。能够
看到CSH 凝胶呈无定向的箔状,且普遍较疏松。使用EDX分析其元素构成, 结果如图
3(d)所示, 进一步确认了该产物为CSH 凝胶。
②基于自适应神经模糊推理系统(ANFIS)的基础上Abdulhamit Subasi 等 提出了一种用来预测普通水泥和混合水泥早期水化热的新方法[21]，此 法分别结合了神经网络的适应能力和模糊逻辑的定性方法。试验结果表 明，该法可作为一个评价
通过SEM 和TEM 观察水泥浆体样品中的Ca(OH)2 晶体, 结果如图1 所示. 在SEM 图 像中, 能够发现大量的六方板状Ca(OH)2 晶体, 图1(a), 其尺寸为2 um 左右.。 Ca(OH)2 晶体在TEM 中形貌见图1(b), 同样为片状六方晶体. 用电子衍射方法能够 得到规则的衍射花样如图2 所示, 证明水泥浆体早期水化生成的Ca(OH)2 晶体为规 则的单晶结构。
硅酸盐水泥的水化和硬化
一Baidu Nhomakorabea 水泥水化过程 二、 水化初期产物形貌 三、 水化模型 四、晶种对硬化水泥的影响
水化产物 填充空隙 并将水泥 颗粒连接 在一起
已水化的水 泥浆里留下 的孔隙
未水化水 泥颗粒
二、水化初期产物形貌
我们都知道水泥早期水化产物Ca(OH)2、水化硅酸钙凝胶(CSH)、钙矾石(AFt)、 单硫型水化硫铝酸钙(AFm)。下面们我们对它的微观形貌、结晶形态、元素构 成进行简要的探讨。
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.
图7 a
图7e
在水化12 h 的水泥浆体中, 通过SEM 可以观察到针状产物, 长度约为1~2 um, 如图7(a)中所 示. 一般认为这是AFt 或AFm 的特征形貌. 但在SEM 中,我们无法辨别其到底是AFt 还是 AFm, 因为EDX 分析的最小尺寸往往远大于早期生成的AFt 与AFm 的尺寸, 得到的元素构 成如图7(e)所示, 有大量的Al, Si和Ca 元素, 也有少量的S, Mg 和K 元素. 参照2.2.2章节CSH 凝胶元素分析中遇到的问题及其机理解释,我们发现SEM 得到的元素分析结果大部分是来 源于未水化的水泥颗粒, 因此, 无法通过SEM 附带的EDX 辨别某个细小水化产物到底是AFt 还是Afm。
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
素分析, 结果如图3(c)所示, 大量的元素为Ca 和Si, 从元素构成可以确认产物为CSH 凝胶.
分析结果中还有少量的Al, S, Mg, K 等元素, 这是由于水化早期CSH 凝胶生成量较少, 而
SEM 下EDX 的作用范围约为1μm3, 在这个分辨率下不可避免地有未水化水泥颗粒的干扰, 因此SEM附带的EDX 并不能给出准确的CSH 凝胶的元素分析结果, 只能是一个大概的数值。
使用TEM 研究水化12 h 的水泥样品, 可以观察到与SEM 观察结果类似的 针状产物, 长度约为1～2um, 如图7(b)所示. SEM 观察结果与TEM 观察 结果能够相互印证. 利用TEM 附带的高精度EDX 可以准确分辨AFt 和AFm, 如图7(f)与图7(e)所示, AFt 中的硫元素含量要远高于AFm. 在TEM 中进 一步精细观察水泥浆体中的针状水化产物, 如图7(c)与图7(d).AFt 与 AFm 都呈现定向生长. AFt 呈现较为完整的针状, 产物边缘整齐、棱角 分明; AFm 是由AFt 和C3A二次反应生成的, SEM 观察下也呈针状, 但在 TEM中, 可以发现AFm边缘不平整, 几乎没有棱角, 形貌趋向片层状发展, 有明显的二次反应迹象.
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。
在图3(c)与图3(d)中选取同一样品中不同位置的CSH 凝胶进行多次测量, 精确计算Ca/Si 比并进行统计, 结果如图4所示。比较同一样品在SEM和 TEM中的Ca/Si比数据,发现两者相差甚远, SEM得到的Ca/Si比平均值为 2.35,TEM 得到的平均值为1.29。两种方法的实验结果分别与已有研究的 结果比较接近。SEM 得到的结果明显大于TEM。