综合性实验开题报告

河北建筑工程学院

综合性实验开题报告

水泥水化性能的研究

课题

名称

系别：土木工程

专业：材料科学与工程

班级：材162

学生姓名：张硕

学号： 20163120223

指导教师：孙婧

填表日期： 2019年6月8日

一、文献资料的准备

水泥水化的基本概念：硅酸盐水泥水化是一个非常复杂的、非均质的多项化学反应过程。自水与水泥接触开始，水泥的水化反应便开始，并一直进行，水泥基材料的结构会随着水泥水化反应逐渐演变，由流动状态渐变为塑形状态，直至凝结硬化。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，进而粘结不同颗粒的粗细骨料，形成混凝土。水泥水化过程直接影响新拌水泥的流变、收缩等性能。水泥水化机理极为复杂，至今仍存在较多争议。

水化过程：硅酸盐水泥主要由四种熟料矿物组成，所以其水化主要决定于四种熟料矿物的水化。但是，由于硅酸盐水泥矿物组成相当复杂，没有一种熟料矿物是纯净物，每种熟料矿物都是以固溶体形式存在，而且由于原料成分和煅烧条件等许多因素的影响，其中还夹杂有许多可能影响其水化的杂质离子，它们在水化时会产生极其复杂的相互作用。因此，硅酸盐水泥的水化又不单纯是以上四种单矿物水化的综合，而是比之更为复杂的一个过程。当硅酸盐水泥加水拌和时，就立即发生化学反应，水泥中各组分开始开始迅速溶解进入溶液，经过极短的瞬间，填充在颗粒之间的液相已不再是纯水，而是含有各种离子的溶液。水泥的水化作用在开始后，基本上是在含碱的氢氧化钙的饱和溶液中进行。在水泥的水化过程中，固相组成与液相之间处于一个随时间不断变化的动态平衡之中。

四种孰料矿物的水化：

1.硅酸酸钙的水化

硅酸酸钙是硅酸盐水泥熟料中的主要矿物，约占50%，高的可达60%以上。因此水泥的

水化主要取决C

3S的水化，C

3

S的水化速率较快，大量的水化在28天以内进行，约一年后，

水化过程基本完成。

C

3

S在常温下的水化反应，可近似用下列方程式表示：

CaO.SiO

2+nH

2

O→xCaO.SiO

2.

yH

2

O+(3-x)Ca(OH)

2

从以上反应可以看出，C

3

S的水化产物是C-S-H凝胶和氢氧化钙。C-S-H也称为水化硅酸钙，这种物质组成不定，在不同温度，水灰比以及不同浓度的氢氧化钙溶液中，其生成水化产物的C/S都不相同。

2.硅酸二钙的水化

硅酸二钙也是硅酸盐水泥熟料中的主要矿物组成之一，约占20%，常以β-C

2

S形式存在。β-C2S的水化过程和水化产物与C3S极为相似，也有诱导期，加速期点等。但其水化速率比

C 3S要慢得多，约为C

3

S的1/20。在几十小时后才达到加速期，即使几个星期也只在表面形

成一薄层无定形的C-S-H，大部分水化反应在28天以后进行，在一年以后仍然有明显的水化。

与C

3S一样，β-C

2

S的水化反应可近似用下列方程式表示：

2CaO.SiO

2

+mH

2

O→xCaO.SiO

2

.yH

2

O+(3-x)Ca(OH)

2

由于C

2

S水化缓慢，水化放热也较少，故一般不能用放热速率研究其水化。通过电子显微镜

观测到的β-C

2S水化产物C-S-H与C

3

S水化形成的C-S-H相差不大，但生成的Ca(OH)

2

晶体

较大且少。

3.铝酸三钙的水化

铝酸三钙的水化反应迅速，且放热量大，通常在加水后几分钟内开始快速反应，石膏含量较

少时，几小时就基本水化完全。其水化产物的组成与结构受溶液中氧化钙，氧化铝的浓度和反应温度的影响很大。其化学反应式为：

3CaO.Al

2O

3

+21H

2

O→4CaO.Al

2

O

3.

13H

2

O+2CaO.Al

2

O

3.

8H

2

O

C 4AH

13

和C

2

AH

8

在常温下处于介稳状态，随时间延长会逐渐转变为更稳定的等轴力方晶体

C 3AH

6

，该反应将随温度升高而加速进行，由于C

3

A本身水化热很高，所以极易进行反应。当

温度升高到25~40度以上时，甚至会直接生成C

3AH

6

晶体。在温度高于80度时，几乎立即生

成C

3AH

6

。

4.铁铝酸钙的水化

铁铝酸钙也是硅酸盐水泥熟料中的主要矿物之一,实际上它是硅酸盐水泥熟料中.系列

铁相的固溶体，成分接近于C

4AH.故常用C

4

AH表示。

C 4AF的水化速率比C

3

A要慢,水化热较低，即使单独水化也不会产生急凝。C

4

AF的水化反

应与C

3A极其相似。Fe

2

O

3

基本上起着与Al

2

O

3

,相同的作用，也就是水化产物中Fe置换部分

A1,形成水化铝酸钙和水化铁酸钙的固溶体，或者水化硫铝酸钙和水化硫铁酸钙的固溶体。

当没有石膏存在时,C

4AF与Ca(OH)

2

:和水在常温下反应生成C

4

（A.F）

13

。C

4

（A.F）

13

在

常温下呈六方形状，随着温度升高(>20C时)，会逐渐转化为立方状的C

3（A.F）

6

。.其转化

速率比C

3A水化时晶型转化要慢,有Ca(OH)

2

存在时也会延缓其转化速率。当反应温度高于50C

时C

4AF,则会直接形成C

4

（A.F）

13

。

当有足够石膏存在时，则会生成被铁置换的钙矾石固溶体。当石膏量不足时，则先生成

C 4（A.F）

13

，然后与被铁置换的钙矾石反应生成单硫型固溶体。

水泥水化性能的分析方法：

测定水泥水化热的方法：常用的有直接法和间接法，混凝土绝热温升法。

测定水泥安定性的方法：雷氏夹法，试饼法。

测定水泥水化产物热分解：差热法，热重法。