水泥水化分解

✓ 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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现第一个放热 峰，时间很短， 在15min以内 结束。
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• II诱导期: • 反应极其缓慢，又
称静止期。一般持 续 1～4ｈ，是硅酸 盐水泥浆体能在几 小时内保持塑性的 原因。 • 初凝时间基本上相 当于诱导期的结束。
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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。
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• IV减速期：
• 反应速率随时间下 降的阶段，约持续 12～24h，水化作 用逐渐受扩散速率 的控制。
• V 稳定期：
• 反应速率很低、基本稳定的阶段，水化作 用完全受扩散速率控制。
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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
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C3S水化机理
• 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
• 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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2 C2S水化
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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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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。
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 nH2O xCaO SiO2 yH2O (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
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• III 加速期: • 反应重新加快，出
现第二个放热峰， 到达峰顶时本阶段 即告结束(4～8h)。 • 此时终凝已过，开 始硬化。
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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。
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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。
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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
衰减期
稳定期
C3S水化过程
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• I 诱导前期 • 急剧反应，出
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